Физическая картина мира в аспекте классической, неклассической и постнеклассической рациональности

Ньютоном введены три физических понятия: во-первых, масса как мера инертности тел, во-вторых, сила - фактор, который изменяет состояние покоя или равномерного и прямолинейного движения, и ускорение - характеристика свойств пространства и времени. Эти свойства пространства и времени, согласно Ньютону, парадоксальны: речь идет у него об абсолютно пустом пространстве и абсолютном времени. Такое представление этих понятий всегда вызывали большие споры. Сам Ньютон вкладывал в них теологический смысл. Бог, писал он, - это «бестелесное существо, живое, разумное, всемогущее, которое в бесконечном пространстве, как бы в своем чувствилище, видит все вещи вблизи, прозревает их насквозь и понимает их благодаря непосредственной близости к ним» Грибанов Д.П. Философские взгляды А. Эйнштейна и развитие теории относительности. - М.: Наука, 1987. - С. 47.. Ко времени Лапласа эти теологические рассуждения Ньютона были прочно позабыты.

Введенная Ньютоном в законе всемирного тяготения сила гравитации непонятно как и чем передается: речь шла о мгновенном взаимодействии тел, передаваемом на любые расстояния, причем без каких-либо посредников. Это был загадочный принцип дальнодействия. Декарт пытался снять проблему, заполнив пространство эфирными вихрями. Ньютон опроверг эту гипотезу как необоснованную: «причину свойств силы тяготения я до сих пор не смог вывести из явлений. Гипотез же я не измышляю» Ньютон И. Математические начала натуральной философии / Пер. А.Н. Крылова // Изв. Ник. морск. академии. Вып. IV. Пг.: 1915. - С. 45..

Позднее стало ясно, что для гравитации и других сил можно ввести понятие потенциала, определенного в каждой точке пространства. А это уже понятие поля, которое и можно рассматривать в качестве переносчика взаимодействия. Ключевыми метафизическими категориями в механистической картине мироздания были понятия массы и инерции. Загадкой, не имевшей никакого объяснения, оставалось равенство гравитационной и инертной масс, которое с высокой точностью было доказано в конце XVIII в. в опытах Г. Кавендиша.

Период становления механики со временем превратился в период ее торжества. Механика стала парадигмой мировоззрения. Все, что создал сам человек, все, что есть в природе, имеет, считалось, единую механическую сущность. Этому способствовали и дальнейшие открытия в естествознании, особенно в астрономии более позднего периода.

На формирование механистической картины мира потребовалось несколько столетий, и завершилось оно лишь к середине XIX в. Ее следует рассматривать как важный этап в становлении физической картины мира. Механистическая картина мира формировалась как общенаучная картина мира и целенаправляла исследования в самых различных областях знания (химия, биология, социальном познании), способствуя установлению единства научного знания. Синтез знаний, осуществляемый в ее рамках, был связан с редукцией различных процессов к механическим, что обосновывалось системой философско-мировоззренческой оснований, в которых идеи механицизма играли доминирующую роль.

Законы, с которыми имеет дело классическая механика, имеют универсальный характер, т. е. они относятся ко всем без исключения изучаемым объектам природы. Отличительная особенность такого рода законов состоит в том, что предсказания, полученные на их основе, имеют достоверный и однозначный характер. Наиболее ярко они проявились после того, как на основе закона всемирного тяготения и законов механики возникла небесная механика. На основе законов небесной механики были вычислены отклонения в движении Урана, вызванные возмущающим влиянием неизвестной тогда планеты. Определив величину возмущения, независимо друг от друга по законам механики положение неизвестной планеты рассчитали Д. Адамс и У. Леверье. Всего на угловом расстоянии в 1⁰ от рассчитанного ими положения И. Галлей обнаружил планету Нептун. Открытие Нептуна, сделанное «на кончике пера», как отметил Ф. Энгельс, блестяще подтвердило справедливость законов небесной механики и наличие в природе однозначных причинно-следственных связей, это позволило французскому механику П. Лапласу сказать: дайте мне начальные условия и я, с помощью законов механики, подскажу дальнейшее развитие событий. Это вошло в историю как лапласовый или механистический детерминизм, который допускает однозначные причинно-следственные связи в явлениях природы.

В данной системе мира вещества состоят из атомов и молекул, находящихся в непрерывном движении. Взаимодействия между телами происходят при непосредственном контакте (при действии сил упругости и трения) и на расстоянии (при действии сил тяготения). Пространство заполнено всепроникающим эфиром. Взаимодействие атомов рассматривается как механическое. Нет понимания сущности эфира. Согласно механистической картине мира, гравитационные силы связывают все без исключения тела природы, они являются не специфическим, а общим взаимодействием. Законы тяготения определяют отношение материи к пространству и всех материальных тел друг к другу. Тяготение создает в этом смысле реальное единство Вселенной. Таким образом, «Ньютон свел многочисленные силы притяжения к одной гравитационной силе и открыл закон всемирного тяготения, из которого следовало, что не только планеты, но и их спутники, кометы и другие тела Солнечной системы взаимодействуют друг с другом. Было теоретически и практически доказано, что все материальные тела Вселенной связаны между собой силами гравитации». Грибанов Д.П. Философские взгляды А. Эйнштейна и развитие теории относительности. - М.: Наука, 1987. - С. 82. Объяснение характера движения небесных тел и даже открытие новых планет Солнечной системы было триумфом ньютоновской теории тяготения. Механистическая картина мира была основана на следующих четырех принципах:

1. Мир строился на едином фундаменте - на законах механики Ньютона. Все наблюдаемые в природе превращения, а также тепловые явления на уровне микроявлений сводились к механике атомов и молекул, их перемещениям, столкновениям, сцеплениям, разъединениям. Считалось, что открытие в середине XIX в. закона сохранения и превращения энергии также доказывало механическое единство мира.

2. В механистической картине мира все причинно-следственные связи однозначные, здесь господствует лапласовый детерминизм. В мире существует точность и возможность предопределения будущего. В соответствии с механической картиной мира Вселенная представляла собой хорошо отлаженный механизм, действующий по законам строгой необходимости, в котором все предметы и явления связаны между собой жесткими причинно-следственными отношениями.

3. В механистической картине мира отсутствует развитие -- мир в целом таков, каким он был всегда. Механистическая картина мира фактически отвергала качественные изменения, сводя все к чисто количественным изменениям.

4. Механистическая картина исходила из представления, что микромир аналогичен макромиру. Считалось, что механика микромира может объяснить закономерности поведения атомов и молекул.

Данная парадигма господствовала в естествознании до середины второй половины XIX в. По своей сути эта картина мира является метафизической, поскольку в ней отсутствуют внутренние противоречия, качественное развитие, все происходящее в мире жестко предопределено, а все разнообразие мира сведено к механике. В механистической картине мира понимание сводится к построению механической модели: если я могу представить такую модель - я понимаю, если не могу - значит, не понимаю его.

Рационально-механический образ этого мира демонстрирует нам мир как единый и единственный: мир твердой материи, который подчинен жестким однозначным законам. Человек в этом мире - ошибка, курьезный случай, побочный продукт звездной эволюции. Полагая человека случайностью, механистическая наука не интересуется его судьбой, его целями и ценностями, которые выглядят смешными в грандиозной машине Вселенной, похожей на огромный полностью детерминированный часовой механизм, в котором действует непрерывная цепь взаимосвязанных причин и следствий.

Дальнейшая эволюция физических картин мира делала их все менее наглядными даже в новом смысле - в смысле теоретической образности. Однако сохранялась основная функция физической картины мира на теоретическом уровне познания - быть системой общих логических форм, в которых осмысливается реальность определенной области процессов. И эта функция определялась способностью этих форм выражать фундаментальные связи и отношения, существующие в природе, стать парадигмой физической картины мира того периода.

Содержание физической картины мира одновременно задает и способ мышления физика, способ теоретического видения и понимания мира, доминирующие в физике данного периода логические формы анализа (создание и применение идеализации) и синтеза (построение конструктивных теоретических моделей реальности из идеализированных образов).

В условиях XVII - XVIII вв. естествоиспытателям, а вслед за ними и философам казалось, что представления механистической картины мира совпадают с общефилософскими категориями: особенное принималось за всеобщее, или, точнее, само всеобщее воспринималось лишь в его особенной форме. В таком отождествлении всеобщего и особенного заключалась методологическая предпосылка будущие кризисов мировоззрения, когда с изменением физических картин мира создались иллюзии «исчезновения» материи, пространства, времени, причинности. Механистическая картина мира, полностью входящая тогда в содержание физической теории как её концептуальная парадигма, является связующим звеном между физикой и философией. Популяризация механики Ньютона способствовала возникновению механистической физической картины мира, в которой Вселенная представлялась в виде мировой машины или механизма, подчиняющегося законам механического движения. Механика Ньютона стала научной основой создания первых концепций строения Вселенной и образования структур и причинных связей в ней. Открытия Ньютона, утверждал Эйнштейн, явились первым наиболее полным физическим подтверждением философской идеи о причинной взаимосвязи явлений природы, ибо «до Ньютона не существовало законченной системы физической причинности, системы, которая бы как-то отражала более глубокие черты внешнего мира». Эйнштейн А. Собр. науч. тр. - М., 1967. Т. 4. - С. 82.

По своей сути эта картина мира являлась метафизической, все многообразие мира сводилось к механике, качественное развитие, как и все происходящее и мире, представлялось строго предопределенным и однозначным.

Метафизические взгляды на картину мира приводили и самого Ньютона к постоянному отступлению от естественнонаучного мировоззрения и к объяснению явлений сверхъестественными силами, т. е. вмешательством Бога. Ньютон полагал, что Солнечная система от века существует такой, какой мы ее знаем сейчас. Но и в таком случае начальное положение планеты на орбите и ее начальная скорость не находят физического объяснения. По Ньютону, планеты получили начальную скорость в виде толчка от Бога. Устойчивость Солнечной системы также не находит своего объяснения с помощью одних только сил тяготения, и Ньютон оставляет здесь место действию божественных сил.

Таким образом, Ньютонова концепция сил отводила определенную роль в природе Богу, в отличие от картезианской физики, которая каждое явление объясняла специальной моделью вихря и согласно которой Бог, однажды создав природу, уже больше в нее не вмешивается. В философских моделях мировоззрения это нашло глубокое отражение во всей противоречивости и сложности, присущей духовному миру человека в эпоху освобождения от пут схоластики.

Физическая картина мира в собственном смысле слова, как мы уже отметили, начинает формироваться только в эпоху возникновения научного естествознания в XVI - XVII вв. Анализируя процесс перестройки сознания в эпоху XVI - XVII вв., западный исследователь экстерналистского направления Э. Цильзель пришел к выводу, что становление новых буржуазных экономических отношений, пронизанных духом рационализма, привело к постепенному ослаблению религиозного, магического восприятия мира и укреплению рациональных представлений о мироздании. А поскольку развитие производства потребовало развития механики, то картина мира данной эпохи приобрела механистический характер.

В истории научного знания классическая механика была новой теоретически развитой областью естествознания, ставшей основой и механистической картины мира. Механистическая картина мира была и остается тем началом, на котором основываются последующие картины мира, опирающиеся на успехи синергетики или идеи глобального эволюционизма.

Одной из характерных черт общенаучной картины мира является то, что ее основой выступает картина мира той области познания, которая занимает лидирующее положение в данный исторический период. В XVII - XVIII вв. лидирующее положение среди наук занимала механика, поэтому эта физическая картина мира получила название механистической. Законы механики распространялись также на природу в целом, общество и на человека.

1.3 Электромагнитная картина мира классической физики в свете классической рациональности

К рубежу XVIII и XIX вв. ученое сообщество пришло к мысли, что механистическая теория практически полностью сняла все проблемы физической картины мира. Казалось, оправдываются слова, сказанные об авторе «Начал»: Ньютон был не только величайшим, но и счастливейшим из смертных, ибо систему мира можно создать только один раз. «Космология Ньютона стала первой в истории науки подлинно всеобъемлющей гипотетико-дедуктивной системой мироздания» Философия науки / Под ред. Лебедева С.А. - М.: Трикста, 2004. - С. 595..

Явления переноса теплоты объясняли с помощью механической субстанции - теплорода, были придуманы и другие такие жидкости - электрические и магнитные субстанции.

Положение начало меняться в связи с успехами термодинамики. В середине XIX в. Р. Майер, Дж. Джоуль и Г. Гельмгольц открыли закон сохранения энергии.

В первой половине XVIII в. были сделаны новые шаги в изучении электрических явлений. Английский физик Стефен Грей открыл в 1729 г. явление электропроводности. Он обнаружил, что электричество может передаваться от одного тела к другому по металлической проволоке или прядильной нити, но не передается по шелковой нити, и разделил все вещества на проводники и непроводники электричества. Французский физик Шарль Франсуа Дюфе вывел существование двух родов электричества и установил, что одноименно заряженные тела отталкиваются, а разноименно заряженные - притягиваются.

Следующим важным шагом в изучении электрических явлений было изобретение лейденской банки, которое позволило получать значительные электрические заряды и экспериментировать с ними. Физиологическим действием электрического разряда заинтересовались врачи, у которых появились предположения, что электричество играет важную роль в деятельности живых организмов. Практическое значение исследования электрических явлений приобрели также в связи с исследованием атмосферного электричества и открытием электрической природы молнии. Здесь необходимо отметить работы известного американского ученого, просветителя и государственного деятеля Бенджамина Франклина, предложившего, в частности, молниеотвод. Исследования атмосферного электричества продолжили петербургские ученые Георг Вильгельм Рихман и Михаил Васильевич Ломоносов. Во время эксперимента при грозе 26 июня 1735 г. Рихман погиб от удара молнии.

Новый этап в истории учения об электричестве и магнетизме начинается с установления основного закона электростатики и магнитостатики - закона Кулона. В 1780-х гг. французский физик и инженер Шарль Огюстен Кулон непосредственно измерил силы, действующие между электрическими зарядами, и вывел основной закон электростатики (1785 г.). Для определения силы взаимодействия между электрическими зарядами Кулон сконструировал весьма чувствительный прибор - крутильные весы. При этом он использовал открытый им ранее закон пропорциональности между углом закручивания упругой нити и моментом силы. Кулон исследовал также взаимодействия между магнитами и подтвердил закон о том, что сила взаимодействия между полюсами магнитов обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними.

Все многообразие этих сил и зарядов описывается системой уравнений классической электродинамики. Они известны как уравнения Максвелла. Это закон Ш. Кулона, который полностью эквивалентен закону Всемирного тяготения Ньютона (); магнитные силовые линии непрерывны и не имеют ни начала, ни конца, магнитных зарядов не существует; электрическое поле создается переменным магнитным полем; магнитное поле может создаваться как электрическим током, так и переменным электрическим полем.

Таким образом, были сформулированы новые физические и философские взгляды на материю, пространство, время и силы, во многом изменившие прежнюю механическую картину мира. Но нельзя сказать, что эти изменения были кардинальными, так как они осуществились в рамках классической науки. Поэтому новую электромагнитную картину мира можно считать промежуточной, соединяющей в себе как новые идеи, так и старые механистические представления о мире.

Французский математик, механик и физик Симеон Дени Пуассон в 1811 г. вывел дифференциальное уравнение, связывающее потенциал с плотностью распределения зарядов. Для сложных задач, когда есть много зарядов, расположенных произвольным образом, рассчитать зависимость потенциала от координат можно только с помощью этого уравнения Пуассона. В дальнейшем Пуассон применил его и к теории магнетизма.

В развитии аналитической теории электростатики и магнитостатики важную роль сыграли также работы английского математика и физика Джордана Грина и немецкого математика, астронома и физика Карла Фридриха Гаусса. Грин ввел понятие потенциала, нашел соотношение между интегралом по объему и интегралом по поверхности, ограничивающей объем, позволяющее, в частности, определять распределение электрических сил в пространстве. Гаусс доказал известную теорему, связывающую величину потока напряженности поля с зарядом, находящимся внутри этой поверхности, и изложил основы теории потенциала.

Таким образом, первый этап развития учения об электричестве и магнетизме, относящийся к XVIII в., заключался в исследовании законов равновесия электрических зарядов и магнитов. Были установлены основные законы взаимодействия электрических зарядов и магнитов, а затем (в первой половине XIX в.) создан соответствующий математический аппарат. См.: Омельяновский М.Э. Проблема элементарности частиц в квантовой физике // Философские проблемы физики элементарных частиц. - М.: Наука, 1964. - 320 с.

В конце XVIII в. ученые начали исследовать закономерности электрического тока, его действия. Возникла и развивалась электродинамика. Она в первой половине XIX в., так же, как и электростатика, основывалась на принципе дальнодействия. Начало развития электродинамики связано с открытием первого источника постоянного тока, которое обязано исследованиям итальянского анатома и физиолога Луиджи Гальвани. Исследуя физиологическое действие электрического тока и роль электричества в процессах, происходящих в живом организме, он открыл так называемое гальваническое электричество. Как физиолог, Гальвани при исследовании электрических явлений при мышечном сокращении пришел к выводу о существовании «животного электричества». Соотечественник Гальвани физик и физиолог Алессандро Вольта проверил опыты Гальвани и пришел к выводу о физической природе явления. Он показал, что электризация происходит при соприкосновении различных веществ, в том числе и металлов. Подобные исследования привели Вольта в 1800 г. к изобретению первого гальванического элемента, получившего название вольтова столба.

Исследовать магнитное действие электрического тока начинают после открытия датским физиком Хансом Кристианом Эрстедом действия электрического тока на магнитную стрелку. Так, французский ученый и политический деятель Доминик Франсуа Араго показал, что вблизи проводника с электрическим током железные опилки намагничиваются. Французские физики Жан Батист Био и Феликс Савар установили один из законов электродинамики, измерив магнитное поле прямого электрического тока (1820 г.). См.: Баженов Л.Б. Картина мира и её функции в научном исследовании - Научная картина мира. Логико-гносеологический аспект. - М.: Наука, 1981. - 132 с.

Открытие Эрстедом в 1820 г. магнитного действия тока показало, что между магнитными и электрическими явлениями существует связь и что магнитные действия можно получить при помощи электрических токов.

Важные результаты в области электромагнетизма были получены французским ученым Андре Мари Ампером. Он показал на опыте, как взаимодействуют два прямолинейных проводника с током, два замкнутых проводника с током, соленоид и магнит, продемонстрировал эквивалентное поведение соленоида и магнитной стрелки в поле земного магнетизма. В 1826 г. был издан основной труд Ампера «Теория электродинамических явлений, выведенная исключительно из опыта». Он использовал понятия «сила тока», «напряжение», хотя и не приводил четкой формулировки этих понятий. Амперу также принадлежат идеи создания прибора для измерения силы тока (амперметра), электромагнитного телеграфа. По существу, была создана новая наука об электричестве и магнетизме, и даже термин «электродинамика» был введен Андре Мари Ампером. Он пришел к заключению, что все магнитные явления в природе, в том числе и связанные с постоянными магнитами, вызваны электрическими токами (теория молекулярных токов Ампера).

Дальнейшими достижениями того периода мы обязаны английскому физику Майклу Фарадею. Из них особое значение имело открытие явления электромагнитной индукции, которое легло в основу электротехники. Фарадей исходил из основной идеи о взаимной связи явлений природы. Он считал, что если ток способен вызывать магнитные явления, то и при помощи магнитов или других токов можно получить электрические токи. В результате настойчивых и многочисленных попыток Фарадей действительно открыл в 1831 г. явление электромагнитной индукции, которое еще более укрепило представление о связи между электричеством и магнетизмом. См.: Матвеев А.Н. Электричество и магнетизм. - М.: Высшая школа, 1983. - 464 с.

Второй важнейшей идеей в работах Фарадея было признание основной, определяющей роли промежуточной среды в электрических явлениях. Фарадей не допускал действия на расстоянии и считал, что электрические и магнитные взаимодействия передаются промежуточной средой, что именно в этой среде протекают основные электрические и магнитные процессы. В теории электромагнитной индукции Фарадей развил новые взгляды на природу электричества, основанные на принципе близкодействия. Наряду с понятием магнитных силовых линий Фарадей использовал представления о линиях электрического смещения, об их густоте, о том, что они стремятся отталкиваться и т. д.

К другим открытиям Фарадея в области электромагнетизма относятся открытие в 1848 г. явления вращения плоскости поляризации света, распространяющегося в прозрачных веществах вдоль линий напряженности магнитного поля (эффект Фарадея), открытие в 1845 г. явлений диамагнетизма и парамагнетизма, установление связи оптических явлений с магнетизмом. Тела, обладающие обычными магнитными свойствами, Фарадей называл парамагнитными, остальные - диамагнитными.

Основные теоретические представления Фарадея, его концепция близкодействия (согласно которой взаимодействия между телами осуществляются посредством тех или иных полей, непрерывно распределенных в пространстве) не были восприняты современниками. Первым обратил на них серьезное внимание Джеймс Клерк Максвелл. В его работах идеи Фарадея были углублены, развиты и превращены в строгую математическую теорию. В трудах Максвелла идея о тесной связи электрических и магнитных явлений получила окончательное оформление в виде двух основных теоретических положений и была в строгой форме выражена в виде системы четырех уравнений классической макроскопической электродинамики, получивших название уравнений Максвелла. См.: Максвелл Дж.К. Трактат об электричестве и магнетизме. - М., 1989. - 340 с. Расширилось также и понятие движения. Оно стало пониматься не только как простое механическое перемещение, но и как распространение колебаний в поле. Соответственно, законы механики Ньютона уступили свое господствующее место законам электродинамики Максвелла.

Первоначально теория Максвелла не привлекла должного внимания, так как в Германии господствовали взгляды Вильгельма Эдуарда Вебера, в Англии ее также встретили прохладно. Не принял представления о токе смещения и о возможности оказания давления электромагнитной волной, в том числе светом, У. Томсон (лорд Кельвин). Учение о движении энергии волны разработали российский физик-теоретик Николай Алексеевич Умов и английский физик Джон Генри Пойтинг.

Потребовались новые результаты, чтобы теория Максвелла стала достоянием физики. Решающую роль в признании максвелловской теории большинством физиков сыграл немецкий физик Генрих Рудольф Герц. Эксперименты, проведенные Герцем на вибраторе с резонатором, подтвердили тождественность электромагнитных и световых волн. Среди многочисленных повторений опытов Г. Герца особое место занимают опыты российского физика Петра Николаевича Лебедева. Существенным подтверждением электромагнитной теории света явились опыты Лебедева по определению давления света на твердые тела (1900 г.) и газы (1908 г.). Подлинным триумфом теории Максвелла было первое практическое применение электромагнитных волн для связи.

Дж.К. Максвелл не только внес решающий вклад в развитие молекулярно-кинетической концепции, базировавшейся на представлениях механистической картины мира, но и создал теорию электромагнитного поля, вызвавшую кризис и крушение этой картины. В работах Максвелла идеи Фарадея подверглись дальнейшему углублению и развитию и были превращены в строгую математическую теорию. Поэтому теория Максвелла явилась завершением важного этапа в развитии учения об электричестве и привела к классическому представлению об «электрическом поле, содержащем в общем случае и электрическое, и магнитное поля, связанные между собой и способные взаимно превращаться друг в друга» Максвелл Дж. К. Избранные сочинения по теории электромагнитного поля. - М., 1954. - С. 349.. Теория Максвелла не только объяснила уже известные факты, но и предсказала новые и важные явления. Совершенно новым в этой теории явилось предположение Максвелла о магнитном поле токов смещения. На основе этого предположения Максвелл теоретически предсказал существование электромагнитных волн, т. е. переменного электромагнитного поля, распространяющегося в пространстве с конечной скоростью. Вскоре Г. Герц обнаружил такие волны экспериментально и подтвердил, что скорость их распространения равна скорости света. Теоретические исследования свойств электромагнитных волн привели затем Максвелла к созданию электромагнитной теории света, согласно которой «свет представляет собой также электромагнитные волны» Там же. . В дальнейшем электромагнитные волны действительно были получены на опыте, а еще позднее электромагнитная теория света, а с нею и вся теория Максвелла, получили полное и блестящее подтверждение.

Таким образом, во второй половине XIX в. на основе исследований М. Фарадея и Д. Максвелла возникла электромагнитная картина мира. «Сам Максвелл, по мнению Эйнштейна, еще был убежден в том, что электродинамические процессы можно рассматривать как движение эфира, и даже использовал механику при выводе уравнений поля. Однако со временем становилось все более ясным, что сведение уравнений электромагнитного поля к уравнениям механики невозможно». Грибаков Д.П. Философские взгляды А. Эйнштейна и развитие теории относительности. - М.: Наука, 1987. - С. 95.

Электромагнитная картина мира также не свободна от недостатков. Так, в ней не рассматриваются вероятностные подходы; по существу, вероятностные закономерности не признаются фундаментальными, сохранены детерминистский подход Ньютона к описанию отдельных частиц и жесткая однозначность причинно-следственных связей (что сейчас оспаривается синергетикой), ядерные взаимодействия и их поля объясняются не только электромагнитными взаимодействиями между заряженными частицами.

Механистическая картина мира, как уже говорилось, опиралась на представление, что силы действуют по направлению прямой, соединяющей взаимодействующие тела (материальные точки), т. е. являются центральными силами. Другими словами, в картине мира классической механики все взаимодействия сводились к притяжению частиц. Это было, пожалуй, главным основанием для того, чтобы в рамках ньютоновской системы абстрагироваться от роли промежуточной среды в передаче взаимодействия. Механистическая картина мира осуществила описание объектов, как если бы они существовали изолировано, в строго заданной системе координат. Основным условием становилось требование элиминации всего того, что относилось к субъекту познания, к возмущающим факторам и случайностям. Объяснительным этапом считалась однозначная причинно-следственная зависимость, которая явилась одной из предпосылок возникновения метафизического метода мышления. Мир в такой картине мира построен на основе законов механики. Все виды энергии на основе закона сохранения и превращения энергии сводятся к энергии механического движения. Все объясняется механикой атомов, их перемещением, столкновением, взаимодействием и взаимосвязями.

Таким образом, не будучи по философским основаниям сторонником принципа дальнодействия (действия на расстоянии), И. Ньютон должен был в силу указанных выше обстоятельств все же принять такую форму закона тяготения, которая не содержала ссылок на какие-либо процессы в промежуточной среде и характеризовала силу тяготения так, как если бы она действовала непосредственно, без участия среды. Позже исследования Кулона показали, что закон взаимодействия электрических зарядов аналогичен закону тяготения - сила взаимодействия пропорциональна зарядам и обратно пропорциональна квадрату расстояния. Правда, вещественная среда влияет на величину кулоновской силы, но только в том отношении, что дополнительно ослабляет ее по сравнению с взаимодействием в вакууме. Однако в содержание закона не входят никакие внешние признаки процесса, посредством которого среда передает кулоновское взаимодействие.

При том уровне знаний и точности измерений, на котором были установлены эти законы, особенности процесса, посредством которого передавалось тяготение или кулоновское взаимодействие, не сказывались явным образом на математическом выражении закона. В силу этого любые предположения о том, как именно действует «внутренний механизм» тяготения, не имели реального конструктивного значения, прежде всего потому, что их нельзя было проверить. Это обстоятельство важно для понимания того, какого рода гипотезы И. Ньютон не хотел измышлять.

Только тогда, когда было обнаружено, что смещение перигелия Меркурия на 43 угловые секунды в столетие не объясняется ньютоновым законом тяготения, А. Эйнштейн мог высказать гипотезу о влиянии тяготения на промежуточную среду и уточнить закон тяготения.

С открытием X. К. Эрстеда возникла принципиально новая ситуация, противоречившая представлениям механистической картины мира: на определенном расстоянии от проводника с током на магнитную стрелку действовала сила, которая не притягивала и не отталкивала, а лишь стремилась вращать стрелку вокруг проводника.

Вслед за открытием Эрстеда А. Ампер доказал на опыте, что круговой электрический ток создает магнитное поле, направленное по оси круга. Тем самым были выявлены не только удивительная симметрия электрических и магнитных явлений (прямолинейный проводник с током создает магнитное поле, направленное по кругу вокруг проводника; круговой ток создает магнитное поле, направленное по оси круга), но и их глубокое внутреннее единство, взаимопорождение. Эта идея приведет через десять лет М. Фарадея к открытию электромагнитной индукции.

В то же время радикальное противоречие с важнейшим принципом классической физической картины мира - принципом центральных сил - вынуждало признать активную роль среды, окружающей проводники или магниты, в том числе и физического «вакуума». По-видимому, ток в прямолинейном или круговом проводнике как-то изменяет состояние среды, так что на магнитную стрелку действуют уже не сами заряды в проводнике, на неё действует то особое состояние среды, которое возникало в том месте, где находилась стрелка. Таким образом, становилось необходимым существенно изменить представления физической картины мира, включив в нее принципиальную роль промежуточной среды.

Эрстед, по существу, установил решающий факт, существенно повлиявший затем на переход от механистической картины мира к новой, электромагнитной. Вопреки узкоэмпирической концепции научного познания, открытия в науке возникают не просто в результате накопления суммы фактов, а путем теоретического осмыслении решающих для данной проблемы фактов. Таким решающим фактом для открытия И. Ньютоном закона тяготения явилось совпадение характеристик свободного падения тел на Земле («падающее яблоко») и свободного «падения» Луны при ее движении вокруг Земли. Решающим фактом в разработке общей теории относительности станет для А. Эйнштейна равенство инерционной и тяготеющей масс. Соответственно такому пониманию роли решающих фактов следует говорить и о решающих экспериментах: это вовсе не «эксперименты креста», о которых писал Ф. Бэкон, надеясь с их помощью выбрать одну из альтернативных гипотез, это эксперименты, устанавливающие решающие факты. Именно таким экспериментом в сфере изучения электричества и магнетизма был эксперимент Эрстеда.

Важный шаг в возникновении новой физической картины мира был сделан М. Фарадеем. Он сосредоточил внимание на новом предмете физического исследования. Именно среда, которая в ньютоновской физике могла не учитываться (или учитываться лишь как расстояние между взаимодействующими телами), стала предметом специального изучения как носитель принципиально важных процессов, передающих взаимодействие. Электромагнитная картина мира требовала нового решения проблемы физического взаимодействия. Ньютоновский принцип дальнодействия заменялся фарадеевским принципом близкодействия, который утверждал, что любые взаимодействия передаются полем от точки к точке, непрерывно и с конечной скоростью. Кроме того, М. Фарадей перешел к исследованию опосредованного средой процесса превращения магнетизма в электрический ток, электрического тока в одном контуре в электрический ток в другом контуре (так называемой взаимной индукции). В ходе этого исследования им были сделаны выдающиеся открытия, обнаружены новые решающие факты, которые предопределили последующее создание теории электромагнитного поля.

Кардинально изменились представления о материи. Согласно электромагнитной картине мира, материя существует в виде вещества и поля. Они строго разделены, и их превращение друг в друга невозможно. Главным из них является поле, а значит, основным свойством материи является непрерывность в противовес дискретности.

Согласно этой картине, материя существует в двух видах: в виде вещество и в виде поля. Между указанными видами материи имеется непроходимая грань: вещество не превращается в поле, а поле не превращается в вещество. Известны два вида поля - электромагнитное и гравитационное, соответственно - два вида фундаментальных взаимодействий. Поля, в отличие от вещества, непрерывно распределяются в пространстве. Электромагнитное взаимодействие объясняет не только электрические и магнитные явления, но и другие - оптические, химические, тепловые. Теперь всё стремятся свести к электромагнетизму. Вне сферы господства электромагнетизма остается лишь тяготение.

После многолетних безуспешных попыток обнаружить порождение постоянным током в одном контуре постоянного тока в другом, а также порождение постоянным магнитным полем постоянного тока в проводнике М. Фарадей в 1831 г. установил, что в момент изменения величины тока в одном контуре в расположенном рядом контуре на короткое время возникает электрический ток. В момент движения магнита около катушки в ней тоже на короткое время возникает электрический ток. Принципиально новым было здесь не только то, что процесс каким-то образом передавался через физический вакуум, которому приходилось теперь приписывать свойства особой среды. Новым по сравнению с картиной мира классической физики было и то, что представления о постоянном воздействии одного тела на другое (как это было в случае тяготения или взаимодействия электрически заряженных тел) замещались представлениями о передаче импульсов или воли в момент изменения состояния одного из тел. Характерно, что именно представления о постоянном действии стали своеобразным психологическим барьером, мешавшим открыть явление индукции. Например, А. Ампер, чтобы исключить помехи, помещал магнит и катушку в одной комнате, а гальванометр - в другой. Вставив магнит в катушку, он шел в другую комнату наблюдать положение стрелки гальванометра, соединенного проводами с катушкой, и, конечно, ничего не обнаруживал, так как стрелка гальванометра отклонялась только в момент перемещения магнита.

Установление решающих фактов принципиально изменяет образ мышления физика и тем самым направляет движение познания к созданию качественно новых физических теорий, опирающихся на иную картину мира. Отражением динамичного процесса в среде, передающего воздействие одного тела на другое, стало у М. Фарадея понятие силовой линии. Означавшее первоначально, скорее, условный вспомогательный образ, чем физически реальную сущность, это понятие к 1852 г. наполнилось в его работах принципиально важным физическим содержанием. Хотя силовые линии непосредственно не наблюдаемы, соответствующие материальные тела (маленький магнит для силовых линий магнитного поля или маленькое электрически заряженное тело для электрического поля) могут играть роль индикаторов, выявляющих в каждой точке пространства наличие поля, представленного, по Фарадею, силовыми линиями. Существенно, что сами силовые линии М. Фарадей трактует как процессы, происходящие в промежуточной среде.

Введение теоретического образа силовых линий позволило М. Фарадею перейти к объясняющим представлениям об электромагнитной индукции: процесс пересечения проводником силовых линий он стал рассматривать как физическую причину возникновения индукционного тока. Величину порожденного тока он ставил в зависимость от количества пересеченных в единицу времени силовых линий. При этом, правда, возникал непростой в методологическом и теоретико-познавательном отношениях вопрос: как можно сосчитать количество силовых линий, если они невидимы? Не случайно перед М. Фарадеем возникли трудности при попытке дать количественное выражение для величины индукционного тока. Ему не хватало для этого соответствующих теоретических понятий.

Весьма драматичным было противоречие между М. Фарадеем и сообществом физиков-теоретиков его времени, которых Дж. Максвелл за их формальный подход к физической теории именовал математиками: «Фарадей видел силовые линии, пронизывающие все пространство, там, где математики видели центры сил, притягивающих на расстоянии; Фарадей видел среду там, где они не видели ничего, кроме расстояния; Фарадей предполагал источник и причину явлений в реальных действиях, протекающих в среде, они же были удовлетворены тем, что нашли их в силе действия на расстоянии, приписанной электрическим флюидам». Максвелл Дж. К. Избранные сочинения по теории электромагнитного поля. О силовых линиях Фарадея. - М., 1954. - С. 11. Новое воззрение, которое вводил М. Фарадей, победило в трудной, тяжелой и долгой борьбе идей, борьбе, знаменовавшей собой кризис и революцию в физике. Решающую роль в этой борьбе сыграли теоретические работы Дж. Максвелла.

Уравнения электромагнитного поля Максвелла, по сути, явились математическим обобщением найденных ранее разрозненных эмпирических законов электрических и магнитных взаимодействий. При этом важной физической парадигмой, указавшей способ теоретического обобщения, была идея М. Фарадея о силовых линиях. В самом деле, о том, что его теория представляет собой математическое оформление идей Фарадея, сам Максвелл писал не раз. Но ведь идея силовых линий у Фарадея непосредственно связана с анализом опытных фактов и соединяющих их эмпирически установленных законов. Возникал вопрос: что является носителем магнитного поля? Сам Максвелл считал, что эту функцию выполняет эфир. «Не может быть сомнений, - писал он, - что межпланетное и межзвездное пространство не является пустым, а заполнено некоторой материальной субстанцией или телом, несомненно, наиболее крупным и, возможно, самым однородным из всех других тел». Там же. - С. 114-142.

Эта загадочная субстанция - эфирное море - должна была обладать парадоксальными свойствами: она должна быть почти абсолютно твердой, т. к. скорость света очень велика, но одновременно не должна оказывать никакого сопротивления движению небесных тел. Передавая свет и другие электромагнитные волны, она в то же время должна быть абсолютно прозрачной. Все это изрядно запутывало физическую картину мира. «Мы не знаем источник механических процессов, - писал Гельмгольц, - в нашем распоряжении лишь символы, лишь названия переменных, входящих в уравнения». Философия науки / Под ред. С.А. Лебедева. - М., 2004. - С. 597.

Чтобы внести ясность в эти вопросы, надо было опытным путем обнаружить существование эфира.

Отпали чисто механические представления о структуре полевой среды в процессах в ней, но полностью утвердилось главное и основное - необходимость и плодотворность создания конструктивных теоретических моделей процессов, разыгрывающихся в промежуточной среде при электромагнитных взаимодействиях и отражаемых математическими уравнениями теории. И образы силовых линий, токов смещения, вихревых магнитных и электрических возмущений поля, создававшиеся Максвеллом на основе идейной программы Фарадея, вошли в содержание принципиально новой парадигмы немеханической по своей сути физической картины мира электромагнитных процессов. С полным основанием А. Эйнштейн мог написать в статье, посвященной столетию со дня рождения Максвелла (это было и столетие открытия Фарадеем электромагнитной индукции!): «...до Максвелла физическая реальность, поскольку она должна представлять процессы в природе, мыслилась в виде материальных точек, изменения которых состоят только в движении, описываемом обыкновенными дифференциальными уравнениями. После Максвелла физическая реальность мыслилась в виде непрерывных, не поддающихся механическому объяснению полей, описываемых дифференциальными уравнениями в частных производных. Это изменение понятия реальности является наиболее глубоким и плодотворным из тех, которые испытала физика со времен Ньютона». Эйнштейн А. Собрание научных трудов: В. 4 т. - М.: Наука, 1965. Т. IV. - С. 600.

Не сразу и не без трудностей утвердилось решающее преимущество теории Максвелла над теоретическими обобщениями, построенными на иной концептуальной основе, на идее дальнодействия, без учета роли промежуточной среды (К. Нейман, В. Вебер и др.). Но оно утвердилось, и притом с подлинным триумфом. В отличие от весьма ограниченных и противоречивых теоретических схем сторонников дальнодействия, теоретическая система Максвелла обнаружила колоссальное богатство внутреннего содержании, эвристически чрезвычайно ценного.

Г. Герц, первоначально сдержанно относившийся к теории Максвелла, получив на опыте электромагнитные волны, точно соответствовавшие следствиям из уравнений электромагнитного поля, писал: «Нельзя изучать эту удивительную теорию, не испытывая по временам такого чувства, будто математические формулы живут собственной жизнью, обладают собственным разумом - кажется, что эти формулы умнее нас, умнее даже самого автора, как будто они дают нам больше, чем в свое время было в них заложено». Карцев В.П. Приключения великих уравнений. - М., 1978. - С. 153.

В трудах М. Фарадея новая парадигма физической реальности получила свое терминологическое обозначение как физическое поле (1864 г.). Однако логико-теоретическое и концептуальное завершение теория Максвелла нашла лишь в специальной теории относительности.

Если в XVIII в. стремились всё свести к механике, то теперь всё, включая и ряд механических явлений (например, трение, упругость), стремились свести к электромагнетизму. Вне сферы электромагнетизма остается только тяготение. В качестве элементарных структур, из которых построена вся материя, рассматриваются всего три частицы - электрон, протон и фотон. Фотоны - кванты электромагнитного поля. При рассмотрении электромагнитного поля наряду с волновыми представлениями используются также и корпускулярные (фотонные) представления, утвердившиеся в физике как корпускулярно-волновой дуализм.

Максвелл воплотил основной принцип научно-материалистического мировоззрения в конкретную физическую идею о существовании нового вида материи - электромагнитных волн, распространяющихся со скоростью света, которая в виде универсальной константы входит в уравнение Максвелла. «Новые теоретические идеи Максвелла, - заметили Эйнштейн и Инфельд, - идут дальше этих экспериментальных фактов. Электрическое и магнитное поля или, короче, электромагнитное поле является, согласно теории Максвелла, чем-то реальным». Эйнштейн А., Инфельд Л. Эволюция физики. - М., 2001. - С. 248.

Электромагнитная картина мира формировалась не только в XIX в., но в течение еще трех десятилетий XX в. Она использовала и учение об электромагнетизме и достижения атомистики, и некоторые идеи современной физики. Исследуя проблемы теплового излучения и фотоэффекта, Альберт Эйнштейн в самом начале XX столетия пришел к выводу о квантовании энергии светового излучения, а в 1916 г. он ввел в рассмотрение понятие порции самого излучения (световые кванты, обладающие не только определенной энергией, но и определенным импульсом). С 1926 г. световые кванты получили называние фотонов. Таким образом, стали известны два вида полей - электромагнитное и гравитационное, соответственно - два вида фундаментальных взаимодействий.

Конечно, электромагнитная картина мира по сравнению с механистической картиной мира представляла собой значительный шаг вперед в познании окружающего мира. Электромагнитная картина мира произвела настоящий переворот в физике. Она базировалась на идеях непрерывности материи, материального электрического поля, неразрывности материи и движения, связи пространства и времени как между собой, так и с движущейся материей. Новое понимание сущности материи поставило ученых перед необходимостью пересмотра и переоценки этих основополагающих качеств материи. После того как объектом изучения физики наряду с веществом стали разнообразные поля, картина мира приобрела более сложный характер, но все равно это была картина классической физики. Понятно, что электромагнитная картина мира в первом приближении есть некоторая целостность и всеобщность, но жестко ограниченная предметной областью физической науки и в этом смысле не относящаяся к предметной области философии. Как отмечает В.Н. Демин, «для создания целостного представления об электричестве необходимо рассматривать все эти законы и разнообразные электромагнитные свойства не изолированно, а как некоторое целое, в точном сочетании с данным природным явлением и вместе с тем во взаимоотношениях с другими явлениями и закономерностями (конечно же, только из области электричества. - Авт.). Аналогичным образом происходит выработка целостных представлений и о любых других природных явлениях и объектах - от элементарных частиц до космических систем». Демин В.Н. Основной принцип материализма. - М.: Политиздат, 1983. - С. 238.

Многие детали электромагнитной картины мира сохранились в современной физической картине мира: понятие физического поля, электромагнитная природа сил, ядерная модель атома, дуализм корпускулярных и волновых свойств и многое другое. В то же время в электромагнитной картине мира, как и в механистической, господствовали однозначные причинно-следственные связи, по-прежнему все было жестко определено, для неё была характерна метафизическая омертвелость, внутренние противоречия и взаимосвязь отсутствовали.

Открытые Максвеллом и Больцманом вероятностные закономерности не признавались фундаментальными и не включались ни в механистическую, ни в электромагнитную картину мира. Столь неоднозначными, жесткими представлялись и максвелловские волны, управляющие электромагнитным полем. Электромагнитная картина мира представляла дальнейший скачок в познании мира. Многие её детали сохранились и в современной естественно-научной картине мира: понятие физического поля, электромагнитная природа сил, отвечающих за различные явления в веществе (но не в самих атомах), ядерная модель атома, дуализм (двойственность) корпускулярных и волновых свойств материи и др. Но и в этой картине мира также господствуют однозначные причинно-следственные связи, всё таким же образом жестко предопределено. Вероятностные физические закономерности не признаются фундаментальными и поэтому не включаются и в нее. Эти вероятности относили к коллективам молекул, а сами молекулы все равно следовали однозначным ньютоновским законам. Не менялись представления о месте и роли человека во Вселенной.

Таким образом, и для электромагнитной картины мира также характерна метафизичность мышления, где все четко разграничено, внутренние противоречия отсутствуют. Электромагнитная картина мира объяснила большой круг физических явлений, непонятных с точки зрения прежнего механического представления о мире. Однако дальнейшее её развитие показало, что оно имеет относительный характер.

Девятнадцатый век подвел к пониманию диалектики природы, но сам век еще оставался на позициях метафизического материализма. Нужен был диалектический метод познания природы. Поэтому на смену ей пришла новая - квантово-полевая - картина мира, объединившая в себе дискретность механической картины мира и непрерывность электромагнитной картины мира. В целом такое положение понятно и объяснимо, так как каждое проникновение в сущность вещей и закономерности природы углубляет наши представления об окружающем мире и требует создания новых адекватных физических моделей картины мира.