Сделаем ряд подытоживающих замечаний, касающихся различных аспектов физики. 

1. Физика и префизика.

В любой цивилизации человек вынужден на основе своего опыта изучать природные явления и использовать их для своей пользы. Так появились орудия труда, которые существенно облегчили человеку жизнь. Эти практические знания о явлениях природы обычно называют префизикой. Практика и профессиональная деятельность на всем протяжении жизни цивилизации снабжали человека подобными знаниями. Отсюда можно сделать заключение о том, что любая цивилизация создает свою собственную префизику, которая зависит от условий жизни цивилизации, от ее степени развитости. И сегодня существуют народы, которые не знакомы с физикой. Кроме того, и сегодня профессиональная деятельность человека снабжает его знаниями о природе, никоим образом не связанными с наукой «физика». Отсюда можно сделать вывод, что префизика отличается от физики. 

2. Социальный статус физики и физиков.

Физика была создана древними греками более двух с половиной тысячелетий тому назад как интеллектуальное занятие некоторой части свободных граждан. Она представляла собой набор рациональных мифов, посвященных строению окружающего их мира, «героями» которых были некие рациональные понятия. Рациональные мифы принципиально отличались от религиозных мифов, где действующими лицами были боги и другие мистические личности, которые и управляли всем сущим. Создание рациональных мифов можно рассматривать как одно из греческих чудес, которые они подарили человечеству. 

На ранней стадии своего возникновения рациональные мифы были населены метафорами чувственных образов, таких, как земля, вода, огонь, воздух, айперон. Затем они были заменены мифами, героями которых уже были понятия (например, числа, атомы, материя, пустота, изменение). Из этих понятий греки выбирали начала существующих объектов и с помощью начал и других понятий объясняли природные явления. Из-за использования понятий для объяснения происхождения природных объектов и явлений рациональные мифы не имели той общественной защиты, которой обладают религиозные мифы. Поэтому их содержание можно было обсуждать и изменять.

«Я полагаю, что новшество, внесенное ранними греческими философами, состояло приблизительно в следующем: они впервые стали обсуждать эти вопросы. Вместо того чтобы некритически признавать религиозную традицию и считать, что ее нельзя изменять (подобно детям, которые протестуют, когда взрослый изменяет хотя бы одно слово в их любимой сказке), вместо того чтобы просто сохранять традицию, они подвергли ее сомнению, а иногда даже изобретали новые мифы вместо старых. Я думаю, мы можем согласиться с тем, что изобретаемые ими истории были, по сути дела, мифами – такими же, как и старые мифы. Однако здесь следует обратить внимание на два новых обстоятельства.

Во-первых, эти истории не были простым повторением или переделкой прежних историй, они содержали новые элементы. Само по себе это не было таким уж важным достоинством. Однако существовало второе и главное обстоятельство: греческие философы изобретали новую традицию – традицию критического отношения к мифам, традицию их обсуждения, традицию встречать возражения со стороны тех, кому рассказывается миф. Рассказывая свои мифы, они были готовы выслушать то, что думают по поводу этих мифов их слушатели, и допускали, что у слушателей может найтись лучшее объяснение, нежели их собственное. Такого никогда не бывало прежде. Возник новый способ постановки вопросов. Объяснение – миф – сопровождалось вопросом: “Можете ли вы предложить лучшее объяснение?” И другой философ мог ответить: “Да, я могу это сделать». Или же он мог сказать: «Не знаю, могу ли предложить лучшее объяснение, но у меня есть другое объяснение, которое по крайней мере не хуже вашего. Эти два объяснения не могут быть оба истинными, поэтому здесь имеется какая-то ошибка. Нельзя просто признать оба эти объяснения. И у нас нет оснований одно из них предпочесть другому. Нужно более тщательно исследовать вопрос. Нужно посмотреть, действительно ли наши объяснения соответствуют известным вещам, или мы что-то упустили”» (К. Поппер, 1, с. 219). 

Возникшая традиция обсуждения рациональных мифов была основана на новых методологических принципах. Они относились как к организации обсуждения, так и к процессу его проведения.

Любое обсуждение основывалось на «началах» – утверждениях, которые считались истинами. Из этих начал с помощью специально созданной логики выводили следствия, которые также считали истинными утверждениями. Таким образом, возникали логические цепочки истинных утверждений, каждая из которых рассматривалась как «доказательство» последнего утверждения в цепочке. Созданная греками логика, которую стали называть дедуктивной логикой, послужила одним из краеугольных камней в фундаменте научного мышления.

В процессе интеллектуального развития человечества трудно найти еще одно интеллектуальное достижение, сравнимое по своему влиянию на человеческую цивилизацию, подобное греческому способу мышления. Можно назвать чудом, что это мышление возникло на два с половиной тысячелетия прежде, чем оно в последние два с половиной столетия распространилось по всем странам и континентам и легло в основу научно-технического прогресса. 

Из дошедших до нас произведений греческих авторов наиболее широкая и полная картина внешнего мира было дана Платоном и Аристотелем. Внешний мир в этих рациональных мифах делился на две части: Небо и Природа. Небесные явления изучала греческая астрология, а природные явления – физика.

На Небе господствовали законы, управляющие движением небесных тел, которые греки стремились выразить с помощью геометрии. В определенной мере им это удалось, и эти законы послужили основой греческой астрологии, которая господствовала на протяжении полутора тысячелетия.

Найти и выразить законы Природы грекам не удалось из-за отсутствия соответствующего языка. Если астрология нашла широкое применение (составление календарей, различные предсказания и т.п.), то физика, как наука о природе, на протяжении всей греческой истории не была никоим образом связана с практикой. Физикой в рамках греческой культуры занимались отдельные интеллектуалы. 

Греческая цивилизация погибла в первые века нового времяисчисления. На европейской земле были уничтожены в течение нескольких веков практически все следы богатой и совершенной греческой интеллектуальной культуры.

Греческая культура, точнее, греческая наука, выжила только благодаря ее медицине и астрологии, но уже в другом месте. Мусульмане, заинтересовавшиеся этими науками, перевели на арабский язык значительное число произведений греческих авторов, включая произведения Аристотеля, Платона, Евклида, Птолемея. Они практически переводили все греческие научные книги, которые им попадались, не делая различий между областями знаний.

Вклад самих мусульман в эту культуру заключался в основном в комментариях к произведениям греческих авторов, включая произведения по физике. В области математики они не доказали ни одной теоремы, не смогли овладеть дедуктивной логикой. Поэтому математические интересы мусульманских математиков были сосредоточены вокруг решения уравнений, где их результаты заложили основу алгебры. Основная заслуга мусульманских ученых перед всем человечеством заключается в том, что они сохранили богатства греческой культуры и передали их европейцам. Сохранение и передача греческого культурного наследства европейцам можно с полной уверенностью рассматривать как одно из действительных чудес, с которым встретилось человечество на протяжении всей своей истории.

Европейцы начали знакомиться с греческим наследством в XI-XII веках во время крестовых походов и освобождения Испании от мусульманского господства. Уже в XII столетии начался массовый перевод книг греческих авторов с арабского языка на латинский. Интеллектуальное богатство греческого наследия произвело неизгладимое впечатление на европейцев.

Однако это впечатление осталось бы только знакомством с чем-то интеллектуально новым, если бы схоласты во главе с Фомой Аквинским не включили дедуктивную логику как логическую основу в католическую теологию. Включение аристотелевой логики в учебные программы богословских факультетов всех европейских университетов позволило значительному числу студентов овладеть дедуктивным методом рассуждений. Собственно, именно это событие, которое также является одним из чудес, и определило судьбу науки и вместе с ней и все дальнейшее развитие цивилизации в течение последующего тысячелетия. 

Вместе с другими трудами Аристотеля на богословских факультетах университетов стали изучать физику Аристотеля и астрологию как часть теологии. Это означало, что средневековые ученые рассматривали физику как науку, задача которой раскрыть Божий замысел в построении окружающего мира, открыть Его законы, управляющие этим миром. Физические законы рассматривались как истины. Если греческая астрология вместе с трудами арабских ученых достаточно быстро нашла применение при дворах знати, то все исследования по физике вплоть до XVII столетия происходили в рамках богословия, без всякой связи с практикой. Отметим, что в этот период времени не было никакой связи между математикой и физикой.

В XVII столетии возникли и начали быстро развиваться: две физики: теоретическая и экспериментальная. Если возникновение и развитие теоретической физики связано с появлением и ростом новой математики – математического анализа, то бурное развитие экспериментальной физики – с появлением измерительных приборов. Практически все физические исследования, как теоретические, так и экспериментальные, были сосредоточены в университетах и во вновь созданных академиях наук в разных европейских странах.

Образованные люди того времени продолжали рассматривать в качестве основной задачи физики поиск физических законов, в которых они, как и их предшественники, видели глубокую связь с Божественным замыслом. Свидетельством тому является то, что все создатели новой физики были глубоко религиозные люди. Основания к этому убеждению давала теоретическая физика, объединившая физику и астрономию, которая с большой точностью, удивительной для окружающих, предсказывала движения различных небесных тел и позволила открыть на небе новую планету. 

Но уже во второй половине XVIII столетия ученые Просвещения стали не только отделять науку, в том числе и физику, от религии, но и противопоставлять ей. Эта тенденция продолжилась и усилилась в следующем столетии, благодаря кризису в философии (теории познания), успехам науки (в том числе и в физике), а также возросшей роли науки в научно-техническом процессе человечества. Так как в обществе господствовало мнение, что наука открывает абсолютные истины, то социальная роль науки и ученых, занятых в ней, все время возрастала. 

Во второй половине XIX века среди ученых начали распространяться взгляды, идущие от позитивистов, что теоретическая наука не является источником истин, а только дает объяснение тем фактам и зависимостям, которые получаются из опытов. Такой подход несколько снизил социальный статус теоретической науки, но, благодаря быстрому росту научных достижений, которые нашли широкое применение в практике, расходы на научно-исследовательскую деятельность постоянно росли.

Создание и применение ядерного оружия, достижения в биологии и возросшее влияние научно-технического прогресса на различные стороны жизни человеческого общества в корне изменили общественное отношение к науке в середине ХХ столетия. Психологическое влияние науки на человечество было настолько сильным, что у общественности появилось почти религиозное чувство к ней. В это чувство примешивалась значительная доля мистического страха по отношению к науке. Подобное отношение к науке ярко и точно выразил в своей книге «Шепчущий пруд» Эрвин Ласло:

«Нравится нам это или нет, но наука превратилась в нечто подобное секулярной религии. В то время как в Средние века это церковь была связана с государством взаимоотношениями хозяина и слуги одновременно, в последние три столетия после открытий Ньютона роль хозяина перешла к апостолам науки. Научный истеблишмент превратился в образованное духовенство с привилегированным доступом к тайным знаниям. Эти избранники определяют общественную политику и твердые стандарты поведения. Их священными скрижалями стали трактаты ученых теоретиков и экспериментаторов. Физические догматы определяют технологию как в естественных, так и в социальных науках, открытия биологов определяют законный порядок в делах здравоохранения, уравнения специалистов по микроэкономике служат вехами для менеджмента индивидуальных предпринимателей, а доктрины в области макроэкономики влияют на управление национальными и международными экономическими процессами» (Э. Ласло, 2, с. 7). 

Изменение общественного отношения к науке, прежде всего, связано с резким повышением роли физики и физиков в общественной жизни, которое четко выразил Эрвин Ласло. Илья Пригожин в совместной книге с Изабеллой Стенгерс «Порядок из хаоса» писал:

«Человек науки, которого молва обычно рисовала как аскета, становится теперь кем-то вроде фокусника, человеком, занимающим особое положение, потенциальным обладателем ключа ко всем природным явлениям, всемогущим (по крайней мере потенциально) носителем беспредельного знания» (И. Пригожин, И. Стенгерс, 3, с. 65). 

Из приведенных цитат (количество которых легко увеличить) видно, что религиозное почитание общественности оказало влияние на физиков и на их отношение к физике и к ее возможностям. Легко привести высказывания выдающихся физиков этого столетия, которые утверждали, в частности, что практически все проблемы биологии, экономики и т.п. можно решить на основе современной физики. И сегодня часто физики относятся к своей науке с тем же религиозным рвением, которое характерно для отношения богословов к теологии. Ниже мы приведем не раз примеры такого рвения. 

Физика, как наука, прошла долгий путь за более чем два с половиной тысячелетия от небольшого набора фантастических рациональных мифов, созданных древними греками, до целой библиотеки различных теорий и описаний результатов экспериментов. Если при своем рождении физика являлась частью интеллектуального искусства древних греков, то в последние два века она стала одной из основ научно-технического прогресса человеческой цивилизации.

Ведущая роль современной физики в глазах широкой общественности основывается на том, что она является, по ее мнению, основой научно-технического прогресса человечества. Рост влияния развития физики на общественное мнение вызван не только достижениями физики как науки, но и ее превращением в экономическую отрасль. Если в течение долгого времени физика была уделом узкого круга ученых, то к середине ХХ века она превратилась в отрасль народного хозяйства, в которой заняты сотни тысяч людей. Основные задачи, которые решает эта область, прежде всего, связаны с проведением различного рода физических экспериментов, которые с развитием экспериментальной физики не только усложняются, но и удорожаются. 

Народно-хозяйственная отрасль «физика» охватывает университеты, частные, государственные и международные научно-исследовательские центры, промышленность, производящую приборы, оборудование и материалы для проведения экспериментов, и т.д. В ней заняты люди разного уровня образования и квалификации: от профессоров университетов, научных руководителей исследовательских учреждений и до рабочих предприятий, производящих оборудование и материалы для проведения экспериментов, а также лаборантов в физических лабораториях. Годовой денежный оборот в этой отрасли составляет многие сотни миллиардов долларов, а годовая заработная плата в ней колеблется от нескольких десятков тысяч долларов до нескольких миллионов.

Как и любая экономическая отрасль, физика, рассматриваемая с этой точки зрения, является сложной системой, которая, естественно, обладает всеми характерными свойствами этих систем. Как и другие отрасли экономики, она борется за свое существование и дальнейшее развитие. Здесь ее усилия, в первую очередь, сосредоточены в сохранении и увеличении уровня финансирования производимых в этой отрасли работ, что существенно зависит от общественного мнения. Это стремление оказывает влияние на информацию, исходящую из этой отрасли в различных направлениях.

3. Физика и действительность.

Вопрос о связи результатов физических исследований и действительности впервые возник только у европейцев в позднее средневековье, когда богословы приспосабливали греческое наследство к христианской догме. Греков и мусульман этот вопрос не интересовал. До XVII века богословов, в основном, интересовала только астрономия. Именно на Небе они открывали законы, которые заложил Бог при создании Вселенной. Когда новая физика объединила астрономию и прежнюю физику, то понятие «физического закона» было распространенно и на земную природу. Таким образом, в широкое обращение вошло понятие «законов природы», и с этого времени задачи физики определяли «как поиск и открытие законов природы». Как следует из имени термина, ученые верили, что формулируемые ими законы природы, действительно управляют природой. Так как эти законы имели Божественное происхождение, то они рассматривались как абсолютные и вечные истины.

В век Просвещения ученые отделили науку от религии. Это отделение лишало физические законы статуса Божественного происхождения. Однако они сохранили за найденными ими физическими законами статус «законов природы», а за целью физики – поиск законов природы. С этого времени не всякое утверждение ученых считалось законом природы, а только те, которые подтверждались физическими опытами. Такой подход изменил общее отношение к физическим законам и, вообще, к физическим теориям. Теперь абсолютными и вечными истинами становились не физические законы или теории, а экспериментально подтвержденные факты. Физическая закон или теория в это время считались соответствующей действительности, если все проведенные опыты не противоречили их утверждениям. 

В связи с бурным развитием физики и усложнением физических теорий в XIX веке появились затруднения в понимании связи физики с действительностью. Еще в XVIII столетии известный естествоиспытатель Жорж-Луи Бюффон писал в 1748 году:

«Физический закон есть лишь закон в силу того, что его легко измерить и что шкала, которую он собой представляет, не только всегда одна и та же, но и единственная в своем роде… Мосье Клеро выдвинул возражение против системы Ньютона, но это в лучшем случае возражение, и оно не должно быть принципом. Необходимо попытаться преодолеть его, а не превращать в теорию, все следствия из которой опираются на вычисления, ибо, как я уже говорил, с помощью вычислений можно представить, что угодно и не достичь ничего. Считая допустимым дополнить физический закон, каким является закон всемирного тяготения, одним или несколькими членами, мы лишь добавляем произвол вместо того, чтобы описывать реальность». 

Тема связи науки с действительностью стала актуальной среди философов науки, позитивистов, которые сами были одновременно и крупными учеными или в физике, или в смежных областях. Дело в том, что к концу XIX столетия физические теории стали терять наглядность и, более того, стали все больше противоречить «здравому смыслу», основанному на воспитании и привычном понимании действительности. Размышления на эту тему привели ученых к тому, что физические теории нельзя рассматривать как истинные утверждения, ибо любую теорию можно дополнить таким образом, что она не будет противоречить имеющимся фактам. Эти дополнения являются плодом воображения ученого, а не успехом его познания. Поэтому теории, скорее, являются удобным инструментом или соглашением между людьми для объяснения экспериментальных фактов (результатов экспериментов). Истинными утверждениями эти ученые предполагали только экспериментальные факты. 

Начало ХХ века с теорией относительности и появлением квантовой механики, еще более усложнило вопрос о связи физики с действительностью, ибо возник вопрос об истинности наблюдений и результатов экспериментов. Так, известный философ Карл Поппер в середине этого века в своей книге «Предположения и опровержения» писал:

«Абсолютным авторитетом не обладают ни наблюдения, ни разум. Чрезвычайно важны интеллектуальная интуиция и воображение, однако они ненадежны: они способны представлять нам вещи очень ясно и, тем не менее, вводить нас в заблуждение. Они необходимы в качестве основного источника наших теорий, но в большинстве своем наши теории ложны. Наиболее важная функция наблюдения и рассуждения, и даже интуиции и воображения, заключается в том, чтобы содействовать критической проверке тех смелых предположений, посредством которых мы исследуем наше незнание» (К. Поппер, 1, с. 56). 

К концу ХХ века среди физиков и философов науки можно было встретить группы, члены которых придерживались разных взглядов на связь физики с действительностью. Одна группа ученых считала, что физика не имеет никакой связи с действительностью, а просто является набором инструментов, удобных для исследования физических явлений. Ученые другой группы предполагали, что физика только частично действительность, как бы является «тенью» действительности (в смысле Платона). У ученых третьей группы не было никакого сомнения, что физические теории частично отражает действительность. Существовали и другие группы ученых, мнение которых относительно рассматриваемого вопроса колебалось между указанными выше взглядами. 

Значительная часть ученых, несмотря на их врожденный или приобретенный ими критицизм, слепо верят в то, что они с помощью физических теорий могут описать истинное строение природы. Такой подход имеет психологическую подоплеку, ибо он дает душевную мотивацию научным занятиям. Здесь мы сталкиваемся с тем явлением, подобное которому можно было наблюдать в XVII столетии, когда наука открывала Божественные законы, управляющие природой. Среди этих ученых можно встретить выдающихся представителей физической науки. Например, Эйнштейн всю свою жизнь стремился построить единую теорию, которая могла бы с помощью конечного числа базисных утверждений объяснить все физические явления.

Другим примером может служить известный физик второй половины ХХ столетия Хокинг. Вступая на пост руководителя люкасовской кафедры Кембриджского университета, которую некогда занимал Ньютон, он прочитал лекцию под названием: «Виден ли конец теоретической физики?». В этой лекции Хокинг утверждал, что впервые за все время развития науки супергравитация дает возможность построить единую теорию природы, в которой все физические объекты и процессы описываются на основе одного математического принципа. Создание теории супергравитации явилось бы кульминацией развития физической науки. Такую теорию можно было бы считать не просто еще одним приближением на бесконечном пути к истине, а самой истиной. По его мнению, ученые могли бы быть убеждены в истинности этого самого последнего закона природы в той же степени, как сегодня они убеждены в правильности таблицы умножения. 

Приведенные примеры не являются единственными в своем роде. Глубокая вера в существование единой теории природы – «теории всего» – была путеводной звездой для многих физиков на протяжении всей истории физики; она служила им психологической мотивацией для беззаветного посвящения всех своих физических и моральных усилий на поиск этой теории. Несмотря на многочисленные усилия построить единую теорию к настоящему времени не удалось, что, однако, не уменьшило веру в ее существование. Сказанное напоминает по своему накалу страстей попытки богословов доказать существование Бога. 

Отметим также, что имеются группы физиков и философов науки, которые высказывали и высказывают противоположное мнение, отрицающее возможность существования подобной теории. Можно привести ряд высказываний ученых, отрицающих существование единой теории. Но мы здесь ограничимся одним высказыванием известного физика Германа Бонди:

«…любая теория, претендующая объять все, должна немедленно погибнуть. Такая теория окажется бесконечно жесткой, потому что в ней не найдется места для новых открытий, у нее не будет простора для введения чего-либо нового. …

Та ересь, на которую я сейчас нападаю, была куда более популярной лет тридцать назад. Тогда Эддингтон и Милн предлагали теории, которые, как им казалось, были всеобъемлющими. Но и в наше время такой выдающийся физик, как Гейзенберг, пытается найти “мировое уравнение”, в котором, как он надеется, будет заключаться все. Слов нет, можно много сказать против такого подхода. Например, можно сказать, что уравнение, которое говорит обо всем, по существу не в состоянии сказать ни о чем, потому что, если бесконечное множество явлений, с которыми мы сталкиваемся в нашем на редкость разнообразном мире, описывается одним уравнением, то путь к пониманию конкретных явлений при помощи этого уравнения окажется длинным, а польза от такого уравнения – сомнительной» (Г. Бонди, 4, сс. 17-18).

Вера в существование «теории всего» противоречит другому широко распространенному взгляду, который заключается в том, что природа представляет собой сложную систему, которую нельзя описать конечным набором математических моделей, ибо подобный набор может описать только простую систему. 

Отсутствие объективных критериев определения соответствия физической теории действительности дает возможность создавать различные спекулятивные физические теории, якобы описывающих существующую действительность. В качестве примеров можно привести теории из книг Ласло (Э. Ласло, 2), Дойча (Д. Дойч, 5), а также теорию суперструн. 

Закончим этот пункт видоизмененными словами Гете: «В мире нет ни простого, ни сложного. Все зависит от точки зрения». Это означает, что любой реальный объект или физическое явление в зависимости от подхода, от цели исследования можно описывать или с помощью простой, или с помощью сложной математической модели. 

4.Измерения и экспериментальная физика.

Измерения человек производил задолго до появления физики, и, тем более, до создания экспериментальной физики. Вся хозяйственная жизнь человечества связана с измерением, о чем мы уже говорили выше. Результаты хозяйственных измерений непосредственно связаны с индивидуальными или общественными соглашениями. Примеры такой деятельности и до сих пор встречаются в магазинах и на рынках при покупке или продаже товаров. Кроме того, и в рамках префизики решались количественные задачи, основанные на измерениях. Эти и хозяйственные измерения никоим образом не были связаны с физическими измерениями, и, более того, принципиально отличаются от них. 

Физические измерения появились только в XVII столетии вместе с приборами измерения. С того момента, как стали проводить физические эксперименты, которые непосредственно связаны с процессом измерения тех или иных свойств реальных объектов, появилась и экспериментальная физика. В течение всего периода существования экспериментальной физики общественное отношение к процессу измерения и результатам измерения все время изменялось. Это изменение можно проследить на ответах, которые давались в разное время, на вопросы, связанные с процессом измерения: «С какой целью производится измерение?», «Что такое измерение?», «Что измеряется?», «Как следует относиться к результатам измерения?», «Какие характерные черты процесса измерения в целом?». 

В XVII веке измерения, проводимые в рамках экспериментальной физики, рассматривались и проводились как часть экспериментов, целями которых являлись доказательство или опровержение гипотез. Первый вопрос можно рассматривать в двух аспектах, которые условно назовем: внешним и внутренним. Внешний аспект связывает измерение с проводимым экспериментом, в рамках которого осуществляется процесс измерения, а внутренний аспект – с самим процессом измерения. В течение длительного времени сам процесс измерения обычно рассматривался независимым от цели эксперимента, что привело к тому, что практически до середины ХХ века на внешний аспект экспериментатор не искал ответа. Явный или неявный ответ на внутренний аспект был стандартным: «Целью измерения является проведение процесса измерения, в результате которого можно получить результат определенного качества».

Ответ на второй вопрос звучал приблизительно следующим образом: «Измерение – это количественное выражение на основании некоторой единицы степени обладания свойством измеряемого реального объекта». Из этого ответа автоматически следует ответ на третий вопрос: «В процессе измерения измеряется степень обладания свойством реального объекта».

В это время считалось, что измеряемое свойство присуще реальному объекту, т.е. существует вне зависимости от процесса измерения. Но тогда и степень обладания свойством есть величина постоянная, зависящая только от единицы измерения и самого реального объекта. Численное значение этой величины, выраженной в конкретных единицах измерения, называется «истинным значением» степени обладания свойством измеряемого реального объекта.

Любое измерение с помощью прибора для измерения степени обладания свойством реального объекта обычно представляет собой совокупность двух чисел: некоторого именованного числа, которое рассматривается как приближенное значение к «истинному значению», и другого числа, которое выражает оценку относительного или абсолютного отличия первого числа от «истинного значения». К результату измерения общественность в то время относилась как абсолютной истине. 

Отметим, что в это время не существовало общепринятых систем единиц измерения. Поэтому, по существу, каждый прибор измерения обладал собственной единицей измерения. В силу сказанного, трудно было сравнивать результаты измерений, произведенных разными приборами. Приборы измерения были основаны на самих физических явлениях, и не использовали экспериментальные законы. Результаты измерений обычно содержали десятые доли единицы измерения, а в редких случаях – сотые доли. 

В первой половине XIX столетия отношение к процессу измерения стало изменяться. Прежде всего, изменилось отношение к тому, что измеряется. Как и раньше, целью измерения являлось дать количественную оценку степени обладания свойством измеряемого объекта. Однако при измерении свойство уже не является присущим объекту, а исследователь приписывает его исследуемому объекту. Другими словами, свойство является интеллектуальным продуктом человеческой деятельности. Отсюда следует, что свойство, приписываемое объекту, существует только в рамках определенной физической теории, например, в рамках механики Ньютона.

В это время общепринятые физические теории рассматривались как теории, описывающие действительность и являющиеся истинными. Поэтому считалось, что каждый реальный объект обладал единственным числом, которое считалось «истинным» значением степени обладания объектом приписываемого свойства. Таким образом, и в это время результат измерения представлял собой пару чисел: некоторого именованного числа, которое рассматривается как приближенное значение к «истинному значению», и другого числа, которое выражает оценку относительного или абсолютного отличия первого числа от «истинного значения».

Кроме того, считалось, что процесс измерения не влияет на измеряемое тело, и поэтому этот процесс можно было повторять необходимое число раз. К окончательному результату измерения общественность также относилась как абсолютной истине.

Так как к этому времени в физических исследованиях стали использоваться общепринятые единицы мер, то появилась возможность сравнивать между собой результаты измерений одной и той же величины, осуществленные с помощью разных измерительных приборов. Заметим, что в это время проходило объединение различных физических теорий в одну на основании закона сохранения энергии, что позволило строить различные приборы для измерения одной и той же величины на основе различных экспериментальных законов, которые представляли собой связь между различными свойствами.

Часто можно было встретить ситуацию, когда одно и то же теоретическое свойство можно было представить в виде двух разных теоретических зависимостей, которым соответствуют экспериментальные законы. В этом случае было принято считать, что два различных измерительных прибора измеряют степень обладания у объекта одного и того же свойства. 

К началу ХХ века мы снова видим изменение общественного отношения к процессам измерения и их результатам. Это изменение было вызвано поворотом в понимании роли физических теорий в целях познания действительности, который произвели позитивисты второго периода позитивизма.

Во-первых, они считали, что физические теории, по своей сути, не являются истинными или ложными. Это означает, что с помощью результатов эксперимента нельзя ни подтвердить, ни опровергнуть теорию. Таким образом, вопрос о соответствии теории действительности является вопросом веры, индивидуального или общественного согласия. Но тогда и приписывание свойства, и измерение степени обладания им у реального объекта теряет всякий «объективный» смысл.

«Отдельный факт сам по себе не представляет никакого интереса; факт привлекает к себе внимание тогда, когда есть основание думать, что он поможет предсказать другие факты, или же в том случае, когда он, будучи предсказан и затем подтвержден, приведет к установлению закона. Кто отбирает факты, которые, удовлетворяя этим условиям, заслуживали бы права гражданства в науке? Свободная деятельность ученого» (А. Пуанкаре, 6, сс.261-262). 

Позитивисты также считали, что любой измерительный прибор, который используется для измерения в физических измерениях, основан не на одном экспериментальном законе, а на целом их множестве. Таким образом, в основе измерительного прибора лежит теория, состоящая из набора известных и частью неизвестных экспериментальных законов, которая отлична от той теории, которая по предположению лежит в основе прибора. Поэтому обычно в результат измерения вносят различные поправки, цель которых – привести полученные числа в соответствие с теорией. Эти поправки вносят в процесс измерения элемент субъективизма, требующий общественного согласия, лишая полученные результаты «истинности». Из сказанного следует также, что два разных измерительных прибора при одних и тех же условиях дают разные результаты измерений у одного и того же реального объекта. 

ХХ век в отношении физических измерений и проведения экспериментов характеризуется наличием различных, часто противоречивых точек зрения. Так, позитивисты третьей волны (логические позитивисты), отбросив результаты исследований второй волны позитивистов, рассматривали результаты экспериментов как основу фальсификации физических теорий, т.е. явно или неявно считали результаты экспериментов как абсолютные истины или факты.

Такое же отношение было и у значительного числа физиков, как теоретиков, так и экспериментаторов, которые рассматривали результаты измерений как основу для принятия решений относительно соответствия физической теории действительности. 

Совершенно другое мнение было у ряда постпозитивистов. Выше мы уже приводили слова Поппера, который утверждал: «Абсолютным авторитетом не обладают ни наблюдения, ни разум». Другой философ 60-х-70-х годов – Хюбнер – писал:

«В наше время верят фактам. Как всякая другая вера, эта вера требует, чтобы верующий преклонялся перед тем, во что верует. Она говорит ему: “Преклонись перед фактом!” В факте видят нечто абсолютное, нечто такое, что обладает принудительной силой. Опыт часто уподобляется суду, который принимает к рассмотрению иски и выносит вердикты. Как и всякий суд, он, разумеется, представляется некоей объективной инстанцией. А поскольку сферой объективности признают, прежде всего, науку, то именно ей приписывается роль попечителя и хранителя истины» (Курт Хюбнер, 7, с. 56). 

Появление квантовой механики позволило взглянуть на процесс измерения по-другому, нежели в рамках классической физики. Ее создатели утверждали, что результаты измерений в рамках квантовой механики и всех других теорий ядерной физики, основанных на ней, существенно зависят как от приборов измерения, так и от того, кто измеряет. Более того, на результаты процесса измерения оказывает влияние и внешний аспект цели измерения, т.е. результаты измерения зависят и от цели, стоящей перед самим экспериментом, в рамках которого проводится измерение. Сам процесс измерения оказывает влияние и на измеряемый объект, изменяя его состояние. Но тогда при повторном измерении полученные результаты могут существенно отличаться от первоначальных. Следовательно, по своей сути, любые результаты измерений являются уникальными. Сказанное характеризует процесс измерения в рамках ядерной физики как сложный процесс. 

ХХ век характеризуется бурными темпами научно-технического прогресса и связанной с ним инженерией. Достижения инженерии тесно связаны с развитием как теоретической физики, так и экспериментальной. Экспериментальные законы используются для вывода инженерных формул, лежащих в основе всех инженерных расчетов. Для вывода инженерных формул и проведения расчетов на их основе необходимо проведение инженерных измерений. Легко усмотреть, что инженерные измерения принципиально отличаются от физических измерений. Инженерные расчеты никоим образом не связаны ни с какой теорией. Основная цель инженерных расчетов – это прогнозирование численного значения той или иной характеристики реального объекта при известных значениях других характеристик. Так как методология инженерных расчетов возникла из методологии экспериментальной физики, то у ученых можно встретить смешение указанных методологий. 

К концу ХХ столетия сформировался новый подход к теории физических измерений со своими ответами на упомянутые выше вопросы. Для простоты дальнейшего изложения мы будем рассматривать любой эксперимент как процесс измерения. Каждый процесс измерения связан с определенной целью, которая определяется гипотезой, проверяемой с помощью эксперимента. Формулировку гипотезы, которая является следствием из некоторой теории, часто можно представить в следующем виде: сравнить результаты измерений некоторого свойства реального объекта при определенных условиях со значениями теоретической характеристики, при этом предполагается, что существует общественное согласие в том, что измеряемое свойство является интерпретацией теоретической характеристики.

Из формулировки гипотезы следует цель эксперимента: измерить значения свойства реального объекта при определенных условиях и ограничениях и сравнить результаты со значениями теоретической характеристики. Условия и ограничения, накладываемые на измеряемое свойство, являются также интерпретацией условий и ограничений, которые в рамках теории накладываются на теоретическую характеристику.

Необходимо отметить, что интерпретации теоретической характеристики и связанных с нею условий и ограничений являются результатами субъективных решений исследователя (исследователей), на которые требуется согласие определенной научной общественности. 

Если ранее ответы на три вопроса: «Что такое измерение?», « Что измеряется?» и «Какова процедура измерения?»,– были независимы друг от друга, то к концу ХХ века ответы на два первых вопроса были тесно связаны с ответом на третий вопрос. Так, ответом на вопрос: «Что такое измерение?»,– было утверждение, что измерение есть результат проведения процедуры измерения, а ответом на вопрос: «Что измеряется?»,– измеряется свойство, которое определяется процедурой измерения. Если ранее в центре процесса измерения рассматривалось свойство, то к концу ХХ века в центре этого процесса появился прибор (экспериментальная установка) измерения, определяющий процедуру измерения.

Этот прибор определял, по существу, ответы на указанные вопросы. Прибор измерения основан на некоторой физической теории, которая только частично известна экспериментатору. Эта теория состоит из набора простых физических законов, которым соответствуют экспериментальные законы. Знание этих экспериментальных законов экспериментатором ограниченно, причем неизвестна степень его незнания. Поэтому этим прибором измеряется степень обладания свойством, отличным от того, для измерения которого выбран прибор или построена экспериментальная установка. Но тогда не существует объективного метода определить, насколько результаты измерения (или эксперимента) соответствуют цели, стоящей перед процессом измерения (или эксперимента). Принятие решения о соответствии результатов измерения цели, стоящей перед этим процессом, является субъективным решением, прежде всего, экспериментатора. 

5. Естественные и экспериментальные законы.

Экспериментальные законы являются основным продуктом экспериментальной физики, а с естественными законами (или законами природы) мы встречаемся в физических теориях. Первые экспериментальные законы появились в XVII столетии. Прообразом этих законов являются законы Кеплера. Экспериментальный закон представляет собой явную математическую функцию вида

 (1) 

где (1) формула, в которой независимые переменные и конкретные числа соединены между собой с помощью арифметических операций. Конкретные значения, называемые численными параметрами экспериментального закона, находятся на основании результатов измерений в рамках соответствующего эксперимента.

Естественные законы можно встретить в разной математической форме. Например, любое уравнение в математической модели физической теории можно рассматривать как естественный закон. Более того, да и саму математическую модель физической теории можно рассматривать как собрание естественных законов или как один естественный физический закон. Естественный закон будем называть простым физическим законом, если его можно представить в виде

, (2) 

где (2) математическая формула, в которой независимые переменные и буквы, которые могут принимать числовые значения, связаны между собой с помощью арифметических операций. В том случае, если буквам придаются конкретные числовые значения, их называют физическими постоянными, а иногда и универсальными постоянными.

Если выражения (1) и (2) математически эквиваленты, то будем говорить, что экспериментальный и простой физический законы соответствуют друг другу. 

В течение длительного исторического периода существовало общественное согласие, что физический закон, соответствующий некоему экспериментальному закону, в действительности является законом природы, т.е. истинным утверждением. Именно поэтому при построении физических теорий часто использовали физические законы, соответствующие экспериментальным законам, как составную часть математической модели теории. Более того, еще в XIX столетии значительная часть физиков и философов науки считала, что математическая модель физической теории должна состоять из естественных законов.

Кроме того, и формулировка простого естественного закона, являющегося следствием из математической модели, часто служила, да и сегодня служит, основой для гипотезы, которая требует экспериментальной проверки. В течение длительного времени считалось, что если экспериментальная проверка отвергала гипотезу, то это служило основанием для утверждения, что физическая теория неверна, и ее необходимо отвергнуть. 

Как мы уже говорили выше, в течение ХХ столетия изменилось методологическое отношение к экспериментальным законам. На экспериментальные законы перестали смотреть как на истины, как на определенное знание о природе: в них видели просто удобный инструмент для предсказания. Одна из причин этого изменения заключается в том, что изменился взгляд на сам процесс нахождения экспериментального закона.

«… обоснование естественного закона через базисные предложения могло бы строиться следующим образом: делаются измерения, на их основании вычерчивается график, выражающий определенную математическую функцию, которая и служит формулой искомого естественного закона; при этом говорят, что математическая кривая обосновывает или подтверждает закон. Но ведь такую кривую нельзя построить, исходя из одних только измерений. Результаты измерений всегда спорадичны, и построение функции всегда связано с интерполяцией и “приглаживанием” данных; таким образом, в процесс – уже с другой стороны – входят решения и правила. Перед нами ситуация, аналогичная той, что имеет место при теоретическом анализе погрешностей измерений. Без подобных правил результаты измерения не могут стать основанием естественных законов, а с ними нельзя уже говорить, что в основании лежат только чистые факты» (К. Хюбнер, 7, с. 59). 

Из любого учебника по обработке результатов экспериментов видно, что выбор математической формы экспериментального закона зависит, прежде всего, от знания методов нахождения параметров этой функции. Задача нахождения параметров выбранной функции на основе результатов измерений не является однозначной. Отсюда следует, что выбор функции и метода нахождения конкретных значений ее параметров является субъективным, зависящим от знаний и опыта исследователя. Единственное требование, которое предъявляется к выбору вида функции и к методу нахождения ее параметров, заключается в том, что они должны быть общественно принятыми. Таким образом, обоснование простого физического закона с помощью соответствующего экспериментального закона основывается только на соглашении внутри определенной общественности. 

6. Физические константы и конкретные числовые параметры экспериментальных законов.

Подчеркнем одно из основных отличий физических констант от числовых значений параметров экспериментальных законов. Это отличие заключается в том, что физические константы устанавливаются в рамках некоторой физической теории, а численные значения параметров экспериментальных законов вычисляются на основе результатов физического эксперимента. Поэтому физические константы в рамках любой физической теории имеют единственное численное значение, в то время как численные значения параметров экспериментальных законов обычно определяются в виде интервала значений. 

Например, постоянная Планка, скорость света в вакууме и гравитационная постоянная, рассматриваемые как физические постоянные имеют следующие значения:

Постоянная Планка h = 6. 6748 Дж с

Скорость света в вакууме с = 2.99792 м/c

Гравитационная постоянная G = 6.670 H (Л. Сена, 8, сс. 255-256).

Если же эти единицы рассматривать как результаты обработки данных эксперимента, то мы встречаем в литературе следующие значения:

Постоянная Планка h = 6.626176 36 Дж с

Скорость света в вакууме с = 2.99792458 м/c

Гравитационная постоянная G = 6.6720 H (А. Чертов, 9, сс. 268-269).

На протяжении длительного исторического периода физики считали, что физические константы являются характеристиками природы. Такое отношение к физическим константам связано с тем, что значительная часть физиков считала, что физические теории описывают действительность. По мере изменения отношения к связи теории с действительностью менялись и взгляды физиков на роль физических констант. В настоящее время достаточно распространены взгляды, что роль физических констант ограничивается рамками теории, в которой они рассматриваются, причем в разных теориях им могут приписываться разные значения. 

Теперь рассмотрим связь между физическими константами и значениями параметров в экспериментальных законах. В силу того, что каждой физической константе в рамках физических теорий приписывается то или иное конкретное числовое значение, то естественно возникает проблема выбора этого значения. Если в рамках физической теории нет средств, в общем случае, установить конкретное числовое значение, то появляется необходимость выхода за пределы теории. Таким выходом служит обращение к экспериментальной физике. Это обращение заключается в том, что устанавливается соответствие между физической константой в простом физическом законе и параметром в экспериментальном законе, соответствующем этому закону.

Затем с помощью результатов эксперимента вычисляется конкретное значение параметра экспериментального закона. Полученное конкретное числовое значение параметра приписывается физической константе. 

Числовое значение параметра экспериментального закона зависит от поставленного эксперимента, от измерительных приборов, используемых в эксперименте, от метода обработки результатов эксперимента и от самой обработки результатов. Другими словами, этот параметр может принимать множество различных значений. Выбор единственного значения или интервала значений зависит от экспериментатора, т.е. этот выбор является, по существу, субъективным. Поэтому приписывание некоторого конкретного значения физической константе является результатом соглашения в рамках определенного научного сообщества. Но тогда физические константы и универсальные постоянные не являются характеристиками действительности, а представляют собой параметры некоей физической реальности, описываемой теорией, в математической модели которой встречаются эти константы. 

7. Физическая теория и ее метафизическая теория.

Как мы отмечали выше, каждая физическая теория содержит в себе некую метафизическую теорию, которая дает объяснение ее математической модели. Построение метафизических теорий, дающих объяснения математическим конструкциям, требует полета фантазии. Сами объяснения представляют собой мифы, описывающие виртуальные реальности, которые возникают в сознании специалиста при создании или ознакомлении с физическими теориями. 

До начала ХХ столетия большинство физических теорий основывалось на идеях механицизма, т.е. на столкновениях, притяжениях и отталкиваниях неких материальных частиц. Все эти метафизические теории не противоречили друг другу. Правда, в XIX веке стали появляться метафизические теории, основанные на полевой гипотезе, которые, в целом, противоречили механицизму. Однако их создатели затрачивали много усилий, чтобы для своих математических моделей найти метафизические теории, основанные на механистических объяснениях. В качестве примеров таких ученых, создателей полевых теорий, можно привести Максвелла, Больцмана.

В любом случае метафизические теории XIX века по своему содержанию были очень близки по своим идеям к греческой физике, к Ньютону или к Декарту. Физические реальности, описываемые этими метафизическими теориями, в определенном смысле, были наглядными и соответствовали сложившемуся в течение столетий здравому смыслу. Математические модели в физических теориях, в основном, основывались на некоторой метафизической теории. 

Уже в первой половине ХХ столетия роль метафизической теории в рамках физической теории начала изменяться. Эти изменения были вызваны тем, что построение физических теорий в это время начиналось с построения математической модели, для которой впоследствии строилась метафизическая теория. Другими словами, при построении физической теории вначале возникала некая математическая реальность, которой затем ставили в соответствие физическую (метафизическую) реальность. Такой подход к построению физической теории способствовал развитию нового взгляда на связь математики с Природой, который представлен в словах известного математика и физика Роджера Пенроуза:

«Математика – особенно красивая математика – имеет обыкновение находить применение в совершенно различных областях, и в этом одна из причин ее силы и прочности. Деятельность Природы часто оказывается удивительным источником подобных математических идей. Точность и надежность этих идей, вдохновленных Природой, вероятно, не покажется такой удивительной, если принять, что Природа действует в полном согласии с законами математики. Более замечательна тонкость математики, которая, по-видимому, заключена в законах Природы, и ее способность находить применение в областях, далеко отстоящих от первоначальной цели» (Р. Пенроуз, 10, с. 841). 

В силу того, что для построения математических моделей физических теорий использовались все более абстрактные математические теории, для их объяснения возникали все более «фантастические» метафизические теории. «Героями» этих метафизических теорий были абстрактные понятия, которым приписывались различные свойства, трудно поддающиеся рациональному пониманию. В качестве примера можно привести понятие «кварк». Кварки обладают цветом и ароматом. Они могут быть странными, очарованными, прелестными и истинными. В метафизических реальностях, описываемых метафизическими теориями можно встретить такие связи между метафизическими понятиями, которые трудно объяснить с точки зрения здравого смысла, без привлечения чего-то сверхъестественного. Для иллюстрации приведем список парадоксов метафизической реальности из книги «Шепчущий пруд» Э. Ласло (Э. Ласло, 2), которые можно встретить в современных физических теориях:

«Элементарные частицы, находящиеся в одинаковых квантовых состояниях, сохраняют взаимодействие, даже будучи разнесенными на определенное расстояние. Фотоны, испускаемые друг за другом, интерферируют между собой, словно это одновременные волны. Электроны в сверхпроводниках движутся в высокой степени согласованно, как бы обладая идентичными волновыми функциями. Электроны, входящие в состав различных атомов, мгновенно и нединамическим образом коррелируют между собой, даже не будучи предварительно связаны друг с другом; их взаимная корреляция осуществляется на энергетических оболочках, окружающих атомные ядра. Четыре различных элемента – гелий, бериллий, углерод и кислород – обладают столь точной согласованностью своих резонансных частот, что во Вселенной может быть произведено достаточно углерода, чтобы обеспечить физические основы для появления жизни. А фундаментальные константы настолько точно подогнаны друг к другу, что жизнь смогла возникнуть на Земле, а также на других близких по свойствам планетных системах». 

Резюмируя, можно сказать, что при построении современной физической теории возникают две разные интеллектуальные реальности: математическая и физическая (метафизическая), которые существуют в сознании физиков. Та часть физической теории, которая описывает метафизическую реальность, является, по своей сути, «реальным» мифом, ибо нет никакой возможности сопоставить этот миф с действительностью. Она также дает объяснение математической реальности. Для описания этой реальности физики в каждом конкретном случае создают специфический язык, который тесно связан с математической моделью теории. Новые понятия – слова, – которые входят в этот язык, представляют собой словесное название математического символа или набора математических символов. Эти слова не несут в себе никакого конкретного физического содержания. Поэтому построенный язык понятен только специалистам из той области физики, к которой относится теория. Если теория прекращает свое существование, то и понятия из ее языка отбрасываются или им ставятся в соответствие другие математические символы. 

Создание метафизической теории, как часть научного творчества, имеет много общего с художественным творчеством. Художественное творчество от научного не отличается большим полетом фантазии. Кто как Коперник сдвинул с места Землю и направил ее на путь вокруг Солнца, или же, как Дарвин, узрел во мгле истории превращение видовых признаков, тот достоин стать в ряд величайших поэтов. Однако ученый тем отличается от поэта, что всегда и везде рассуждает. Не все он должен и может обосновать, но что он провозглашает, то должен логическими узлами повязать в единое целое. Именно для соединения в единое целое ему необходим математический язык с математической логикой. Над математической моделью возвышается теория, которая объясняет факты, упорядочивает, пересказывает. Так рождается поэзия науки.

Кажется удивительным, что физики обычно верят в то, что значительная часть тех метафизических понятий, которые участвуют в метафизических теориях и дают содержание математическим символам, не являются изобретением человеческого ума, а существуют вне человеческого сознания в той или иной физической или математической реальности. 

8. Теория и эксперимент.

Как мы уже говорили выше, в течение длительного времени физики считали, что с помощью эксперимента можно опровергнуть или подтвердить физическую теорию. С началом ХХ столетия возникли и стали расширяться взгляды, согласно которым с помощью экспериментов нельзя ни отвергнуть, ни подтвердить теорию. В пользу этой позиции можно привести ряд аргументов.

Во-первых, «… для описания одной и той же сферы опыта могут использоваться различные теории. Не существует действительно решающих аргументов физического или философского характера в пользу той или иной теоретической позиции. Наверное, человеку неотъемлемо присуще стремление немедленно выдавать за объективную данность то, что порождено, по своей сути, его собственной проективностью. История физики – это процесс, в котором постоянно происходит такое смешение произвольных конструкций с онтологической реальностью» (К. Хюбнер, 7, с. 54).

Во-вторых, любой физический эксперимент осуществляется с тем, чтобы подтвердить или опровергнуть некую гипотезу, являющуюся следствием из физической теории. 

Для выполнения эксперимента строится экспериментальная установка, которая описывается совершенно другой физической теорией, состоящей из ряда простых физических законов. Этим законам соответствуют экспериментальные законы, никоим образом не связанные с первоначальной физической теорией и гипотезой, подверженной проверке. Но тогда и результаты эксперимента могут служить основой для проверки гипотезы только согласно субъективному решению исследователя. Таким образом, нет никаких объективных оснований, независимых от экспериментатора, использовать результаты эксперимента для проверки гипотезы. Но это и означает, что, в общем случае, нельзя найти объективные причины, чтобы экспериментально опровергнуть или подтвердить теоретическую гипотезу. Это означает, что экспериментально подтвердить или опровергнуть гипотезу можно только на неформальном уровне в рамках соглашения внутри некоторого научного сообщества. История физики полна примеров (некоторые из которых мы приводили выше), когда одна группа физиков признает результаты определенного эксперимента, с которыми другая группа не согласна. 

9. Теоретическая физика и теоретическая математика.

Возникновение и развитие теоретической физики неразрывно связано с теоретической математикой. При создании своей механики Ньютон применил принципиально новый подход к исследованию физической ситуации, который заключался в ее упрощении, т.е. в том, что выделяются несколько существенных факторов, а множество других считаются несущественными. Ярким примером этому служит его закон всемирного тяготения, который является следствием очень сильных упрощений, и который при правильном проведении вычислений позволяет достаточно точно вычислять орбиты планет. 

Физика почти до начала ХХ века находилась под исключительным влиянием достижений Ньютона. Упрощения, подобные тем, которые он сделал, применялись и дали хорошие результаты в самых разных областях физической науки, которые включали, например, электричество, магнетизм, гидромеханику. Физика в основном строила и исследовала такие теории, математическая модель которых аналитически представлялись в виде систем дифференциальных уравнений. Подобные теории – с малым числом переменных, высокой степенью детерминизма, математическая модель которых обладает аналитическими решениями, – обычно называют простыми физическими теориями. Математические модели, используемые в простых теориях, называются простыми моделями.

Уже во второй половине XIX столетия физики столкнулись при построении теорий с такими математическими моделями, которые не имели аналитических решений. Такие физические теории и входящие в их модели назвали сложными. Исследования этих теорий происходило на качественном уровне, ибо находить численные решения математических моделей этих теорий не представлялось возможным. Основной причиной невозможности находить численные решения являлось то, что процесс численного решения системы дифференциальных уравнений состоял из последовательности значительного числа вычислительных операций, причем не существовало критерия для оценки качества полученного решения. 

Начиная с первой половины ХХ века все основные теории в ядерной физике, от квантовой механики и до теории суперструн и новейших космологических теорий, уже являлись сложными физическими теориями, обладающими математическими моделями, для построения которых использовались самые современные и абстрактные разделы современной теоретической математики. С появлением компьютеров у физиков появилась возможность находить решения соответствующих систем уравнений. Однако в силу отсутствия в этих вычислительных задачах критерия решения задачи, у исследователя нет никакой возможности определить, является ли полученный набор чисел решением поставленной вычислительной задачи. Более того, как оказалось, компьютерное решение систем дифференциальных уравнений существенно зависит от компьютерной программы: разные компьютерные программы, осуществляющие один и тот же алгоритм, в общем случае дают различные результаты, а выбор одного из них является субъективным решением исследователя. В силу субъективного выбора численного решения модели, нет никакой возможности осуществить объективную экспериментальную проверку сложной физической теории. 

В силу сказанного, сложная физическая теория представляет собой «вещь в себе»: ее метафизическая теория является интеллектуальным мифом, героями которого являются чисто интеллектуальные объекты, никоим образом не связанные с реальными объектами, математическая модель представляет собой абстрактную математическую конструкцию, а интерпретация следствий из математической модели не допускает экспериментальной проверки.

Поскольку сложные физические теории представляют собой «вещь в себе», это свидетельствует об ограниченности использования математических моделей для изучения сложных физических явлений. Одна из основных причин этого в том, что сложность используемых математических моделей гораздо ниже сложности физических явлений, которые они призваны описывать, а другая – это дедуктивный подход к получению следствий из математической модели, который налагает значительные ограничения на этот процесс. Поэтому назрела потребность в создании нового научного подхода, который более годен для изучения сложных объектов. Но эта задача подобна той задаче, которую решали древние греки. Ясно, что для создания этого подхода нужен интеллектуальный взрыв, который наблюдался в VI-IV вв. до н.э. Вполне возможно, что в основе нового подхода место теоретической математики в физических теориях займет компьютерная математика, и можно будет говорить о компьютерной физике. 

10. Заключение

Из сказанного выше вырисовывается довольно парадоксальная картина современной физики как науки, которую ярко и точно описал Альберт Эйнштейн:

«Теория – это когда все известно, но ничего не работает. Практика – это когда все работает, но никто не знает почему. Мы же объединяем теорию и практику: ничего не работает … и никто не знает почему!».

Современная теоретическая физика представляет собой набор физических теорий, каждая из которых описывает, по крайней мере, две интеллектуальные реальности. В рамках этих реальностей «все известно». Но эти реальности не имеют никакой связи с реальным миром, и поэтому имеющиеся знания, полученные в рамках интеллектуальных реальностей, никоим образом нельзя использовать для описания и понимания реального мира, т.е. эти знания «не работают» в реальном мире. Одним из подтверждений сказанного можно считать то обстоятельство, что физикам и философам науки трудно сформулировать цели современной теоретической физики. В подтверждение сказанного приведем слова известного философа Карла Поппера:

«… для нас наука не имеет ничего общего с поисками достоверности, вероятности или надежности. Наша цель состоит не в установлении несомненности, надежности или вероятности научных теорий. Осознавая свою способность ошибаться, мы стремимся лишь к критике и проверке наших теорий в надежде найти наши ошибки, чему-то научиться на этих ошибках и, если повезет, построить лучшие теории». 

Современные физические теории представляют собой сложнейшие математические конструкции, отличающиеся высокой степенью абстракции, использующие самые современные разделы математики. В силу этого построение метафизических теорий, дающих объяснения математическим конструкциям, требует полета фантазии. Сами объяснения представляют собой мифы, описывающие виртуальные реальности, которые создаются в сознании специалиста при создании или ознакомлении с физическими теориями. 

Среди набора физических теорий, составляющих современную теоретическую физику, можно встретить и теории, методологически противоречащие друг другу. Поэтому теоретическую физику можно образно представить в виде города, где каждое здание представляет собой физическую теорию, архитектура и состояние которого соответствуют степени разработанности теории. С птичьего полета видно, что часть зданий только закладывается, часть – строится; в части зданий идут отделочные работы, которые завершают строительство этих зданий и украшают их. В разных частях города видны заброшенные здания, некоторые из которых разрушают, чтобы на их фундаментах возвести новые здания, а некоторые – просто перестраивают. Некоторые здания соединены между собой с помощью улиц или с помощью различных переходов на разных уровнях. В городе также существуют кварталы, изолированные друг от друга таким образом, что нет никакого пути, по которому можно из одного квартала попасть в другой, хотя строители все время пытаются построить мосты или проложить дороги или туннели, их соединяющие. 

Ситуация в экспериментальной физике также достаточно сложная. Если в течение нескольких веков результаты экспериментов рассматривались как абсолютные истины и основа для определения истинности или ложности физических теорий, то к концу ХХ века экспериментаторы должны прилагать значительные усилия для того, чтобы убедить соответствующую научную общественность признать результаты экспериментов. Ряд известных физиков, среди которых можно встретить Пуанкаре и Дюгема, придерживались мнения, что физический эксперимент не может однозначно ни подтвердить, ни опровергнуть физическую теорию. Известный физик ХХ столетия Вернер Гейзенберг также утверждал, что язык экспериментальной физики никоим образом не связан с языком современной теоретической физики. Но это означает, что связка «теория – эксперимент», как и сказано в высказывании Эйнштейна, «не работает». 

Экспериментальная физика служила и служит основой для построения инженерных расчетов в различных областях народного хозяйства. Широкому применению инженерных расчетов человечество обязано скоростью и масштабами научно-технического прогресса. Поэтому без развития экспериментальной физики невозможно себе представить возникновение значительного числа отраслей современного народного хозяйства. Сами инженерные формулы, как уже отмечалось выше, обычно являются результатом внесения различных поправок в экспериментальные законы, полученные на основе теории. Экспериментальные законы, полученные на основе теории, являются только основой инженерных формул. Без этой основы инженеры не могут просто выдумать свои формулы. Но сами инженерные формулы достаточно редко можно объяснить на языке физических теорий. В этом смысле, часто нельзя понять, почему в конкретном случае применяется данная инженерная формула, а не другая. Обычный ответ в этом случае: «Эта формула работает, а эта – нет».

Одно из объяснений этого парадокса заключается в том, что инженерная формула есть результат индуктивного процесса, в то время как объяснения, т.е. теоретические знания, являются плодом дедуктивного процесса. Индукция более тесно связана с практикой, нежели дедукция. В сказанном можно видеть объяснение слов: «Практика – это когда все работает, но никто не знает почему». 

Приведенная выше картина современной физики наводит на грустные мысли: физические теории имеют довольно слабое отношение к окружающему миру, а на основе физических экспериментов нельзя сделать однозначных выводов. С одной стороны, это действительно так. А с другой стороны, теоретическая физика дает формулировки гипотез, без которых экспериментальная физика не может существовать. Проведение физических экспериментов способствует созданию новых материалов, усовершенствует и изобретает измерительные установки, производство которых приводит к появлению новых отраслей промышленности и товаров потребления. Более того, эксперименты позволяют «внезапно» открывать новые физические явления, для описания и понимания которых необходимы новые теории. Таким образом, тесно связаны между собой: теоретическая и экспериментальная физики, научно-технический прогресс. 

Теперь вернемся к вопросу, о котором, по всей вероятности, думает каждый физик: «Что такое физика?» В глазах широкой общественности физика, как интеллектуальное явление, многолика: она является наукой; она – одна из основных причин научно-технического прогресса цивилизации; она – своеобразное ристалище для интеллектуальных спортивных соревнований, призами которых служат различные премии и престижные должности; она является одним из видов интеллектуального искусства. Но в центре всей физики лежит человеческая мысль.

«Все, что не есть мысль, есть чистое ничто, ибо мы не можем мыслить ничего, кроме мысли, и все слова, которыми мы располагаем для разговора о вещах, не могут выражать ничего, кроме мыслей. Поэтому сказать, что существует нечто иное, чем мысль, значило высказать утверждение, которое не может иметь смысла.

Однако (странное противоречие с точки зрения тех, кто верит во время) геологическая история показываем нам, что жизнь есть лишь беглый эпизод между двумя вечностями смерти и что в этом эпизоде прошедшая и будущая деятельность сознательной мысли – не более, чем мгновение. Мысль – только вспышка света посреди долгой ночи.

Но эта вспышка – всё» (А. Пуанкаре, 6, с. 282).

Литература

1. Поппер К., Предположения и опровержения: Рост научного знания. М.,     «Издательство АСТ», 2004

2. Ласло Э., Шепчущий пруд. PDF, 2007

3. Пригожин И., Стенгерс И., Порядок из хаоса. М., «Прогресс», 1986

4. Бонди Г., Гипотезы и мифы в физической теории. М., «Мир», 1972

5. Дойч Д., Структура реальности. Ижевск, НИЦ R&C Dynamics, 2001

6. Пуанкаре А., О науке. М., «Наука», 1983.

7. Хюбнер К., Критика научного разума. М., 1994

8. Сена Л.А., Единицы физических величин и их размерности. М., 1965

9. Чертов А.Г., Единицы физических величин. М., «Высшая школа», 1977

10. Пенроуз Р., Путь к реальности или законы, управляющие Вселенной.

    М.- Ижевск, R&C Dynamics, 2007

11. Гейзенберг В., Физика и философия. М., «Наука», 1990