Максвелловская научная революция Нугаев Ринат

ВВЕДЕНИЕ

Принято считать, что объединившая оптику, электричество и магнетизм максвелловская электродинамика явилась этапом развертывания фарадеевской научно-исследовательской программы, основанной на концепции близкодействия (см., например, Chalmers, [1976], 2007). Последняя, обеспечив и предсказание, и опытное подтверждение существования радиоволн, победила, наконец, успешно конкурировавшую с ней – на первых порах – исследовательскую программу Ампера-Вебера, основанную на альтернативной близкодействию концепции дальнодействия.

Тем не менее, более пристальный взгляд на историю и методологию физики второй половины XIX в., ставший возможным прежде всего благодаря исследованиям Дэниела Сигела (1991), Маргарет Моррисон (2000) и Оливье Дарриголя (2001), позволяет поставить эту точку зрения под сомнение как слишком большое упрощение – и предложить ее определенную модификацию – на основе учета следующих аргументов.

(А) Во-первых, сам Максвелл неоднократно – с самой первой «электрической» работы и до конца своих дней – подчеркивал, что ключевые идеи электродинамики Ампера-Вебера не столько альтернативны, сколько дополнительны по отношению к концепции полевого взаимодействия, поскольку и та, и другая необходимы, хотя и в разной степени, для дальнейшего развития электродинамики. И в «Трактате об Электричестве и Магнетизме», и в других работах Максвелл отмечал, что полевая теория электромагнитного действия через посредника математически идентична теориям действия на расстоянии, разрабатывавшимися Вебером и Нейманом.

Еще в начале своих исследований в области электродинамики, в мае 1855 г., аспирант кембриджского университета, прилежный студент профессора математики Габриэля Стокса и ректора Тринити-колледжа философа науки кантианца Уильяма Уэвелла, а также постоянный корреспондент Уильяма Томсона с гордостью сообщает отцу:

«Я продолжаю работать над электричеством, стремясь проложить свой путь сквозь работы солидных (heavy) немецких авторов. Привести в порядок все их понятия потребует много времени, но я надеюсь выработать свой взгляд на этот предмет и прийти в конце концов к чему-то интеллигибельному (intelligible) в виде теории» (цит. по работе Campbell & Garnett, 1882, p.105).

Использование юным Максвеллом картезианской терминологии обусловлено тем, что именно Декарт требовал артикуляции феноменов на интеллигибельные и сугубо чувственно-воспринимаемые вещи; в отличие от первых, последние представляют собой мир хаоса, преходящих ощущений и влечений.

И уже в последовавшей вскоре самой первой «электрической» статье «О фарадеевых силовых линиях» (1856), заложившей основы собственной методологии построения теории электрических и магнитных явлений, ее автор заявляет, что в данной работе « мы продвигаемся вперед на основе другого принципа». Какого именно? – Мы «ищем объяснения явлений не только в токах, но также и в окружающей их среде» (Maxwell, 1856, p. 193).

Но при этом перед современным исследователем неизбежно встает следующий вопрос: зачем же нужна была еще одна точка зрения на явления электричества и магнетизма? Разве мало было разнообразных теоретических воззрений в электродинамике первой половины XIX в.? Чем плоха была, например, «настоящая физическая теория», выдвинутая «Ньютоном теории электричества» – Андре-Мари Ампером (c работы которого в 1826 г. и началась теоретическая электродинамика) – и основанная им вместе с Вебером и Нейманом на принципах действия на расстоянии, тех принципах, «которые мы прекрасно понимаем»1? Ведь домаксвелловская теоретическая электродинамика Ампера-Вебера, действительно обеспечившая объединение электростатики и электродинамики с теорией магнетизма, прекрасно согласовывалась с опытными данными, была свободна от внутренних противоречий и обещала плодотворный союз с оптикой. Никакой авральной необходимости выработки иного подхода к электродинамике в этот период большинством исследователей «не ощущалось».

Например, в 1846 г. немецкий последователь Ампера Вильгельм Вебер (1804-1890) предложил простую и изящную интегральную теорию, объединявшую все известные тогда классы электромагнитных явлений. Согласно этой теории, сила взаимодействия между двумя зарядами e и e’, находящимися на расстоянии r друг от друга,

где C_w = 2с;

v – относительная скорость зарядов;

a – ускорение;

F₁ – электростатические силы;

F_{2 –} электричество и магнетизм;

F₃ – электромагнитная индукция.

К этому следует добавить, что уже в 1847 г. Герман Гельмгольц показал, что явление электромагнитной индукции с необходимостью следует из закона Ампера, если учитывать закон сохранения энергии, т.е. это основополагающее явление впервые получило свое теоретическое объяснение именно в рамках программы Ампера-Вебера.

Судя по всему, впервые Максвелл сослался на теорию Вебера в письме Уильяму Томсону от 15 мая 1855 г. По совету последнего, он проработал веберовский трактат «Elektrodynamische Maasbestimmungen» и охарактеризовал прочитанное следующим образом: «Я специально изучал его [т.е. веберовский] способ соединения электростатики с электродинамикой, индукцией и т.д., и должен признаться, что мне он, хоть и не с первого раза, понравился» (цит. по: D’Agostino, 1984, p. 150).

Как заметил впоследствии один из современных историков и методологов науки, «Максвелл был сильно впечатлен – и даже несколько напуган – предлагаемым таким образом элегантным объединением электромагнитных явлений» (Siegel, 1991, p.10).

Более того, как впоследствии отмечал сам Максвелл, именно «согласно теории Вебера, периодические электрические возмущения должны распространяться со скоростью равной скорости света» (Maxwell [1868], 1890,p.137).

– Все, что на эти весомые аргументы в пользу исследовательской программы Ампера-Вебера мог сначала возразить Максвелл: «всегда хорошо иметь два разных подхода к одному и тому же предмету… Кроме того, я не думаю, что мы имеем право утверждать, что действительно понимаем действие электричества, и я также полагаю, что главная заслуга современной теории, имеющей лишь преходящий характер, состоит в том, что она только направляет действия экспериментаторов, не препятствуя появлению истинной теории до тех пор, когда последняя будет создана» (Maxwell, 1856, p. 208).

Правда, уже в другом месте той же работы Максвелл приводит более глубокие аргументы в пользу необходимости создания новой теории электромагнетизма. Он отмечает, что электродинамика Ампера-Вебера – слишком математизированная теория, игнорирующая связи между явлениями, теория, огрубляющая, упрощающая отношения между статическим и динамическим электричеством: «…теория проводимости гальванизма и теория взаимного притяжения проводников были сведены к математическим формулам, но не были поставлены в отношения к другим частям электрической науки» (Maxwell, 1856, p. 155).

Далее, уже завершая создание своей теории на основе лагранжева формализма, во введении к статье «Динамическая теория электромагнитного поля» (1864), описав теорию действия на расстоянии, Максвелл специально указывает на то, что «эта теория, в том виде, в каком она была развита Вебером и Нейманом (1858), чрезвычайно остроумна и удивительно исчерпывающа в ее применении к явлениям статического электричества, электромагнитных притяжений, индукции токов и электромагнитных явлений… Однако механические трудности, связанные с допущением существования частиц, действующих на расстоянии с силами, зависящими от их скоростей, таковы, что они не дают мне возможности рассматривать эту теорию как окончательную, хотя возможно она и сейчас может быть полезной в отношении установления координации между явлениями» (Макселл, 1864, С. 252).

Много позже, уже после конструирования своей системы уравнений, в «Обращении к математическому и физическому отделениям британской ассоциации содействия науки» (Ливерпуль, 1870) Максвелл еще раз (после 1856 г.) сравнивает соотношение концепций близкодействия и дальнодействия с взаимоотношениями между корпускулярной и волновой теориями света: «согласно теории электричества, которая с большим успехом развивается в Германии, две электрические частицы действуют друг на друга непосредственно на расстоянии, но с силой, которая, согласно Веберу, зависит от их относительной скорости, и которая согласно теории, контуры которой были обозначены Гауссом, но развиты Риманом, Лоренцом и Нейманом, действует не мгновенно, но с определенным запаздыванием, зависящим от расстояния между частицами. Мощь, с которой эта теория, в руках этих выдающихся людей, объясняет каждый вид, должна быть тщательно изучена для того, чтобы дать ее должную оценку.

Я же предпочитаю другую теорию электричества, которая отрицает действие на расстоянии и связывает электрическое действие со знакомыми инженерам натяжениями и давлениями во всепроникающем веществе, служащем для распространения света.

Обе эти теории объясняют не только те явления, которые послужили основой для их выдвижения, но и те, что непосредственно к ним не относились или даже не были известны во время их создания; и обе пришли к одним и тем же численным результатам, дающим абсолютную скорость света в терминах электрических величин. То, что столь фундаментально отличающиеся друг от друга теории содержат столь большую область совпадающих друг с другом истин, – это факт, философское значение которого мы не сможем в полной мере оценить до тех пор, пока не выработаем такую научную точку зрения, которая позволит узреть истинное соотношение между этими столь различающимися гипотезами» (Maxwell, 1870, p. 228).

И, наконец, в своем opus magnus – «Трактате об электричестве и магнетизме» (1873), Максвелл отмечает, что «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 расстояний; 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.

Когда я переводил то, что я считал идеями Фарадея, в математическую форму, я нашел, что в большинстве случаев результаты обоих методов совпадали, так что ими объяснялись одни и те же явления и выводились одни и те же законы действия, но что методы Фарадея походили на те, при которых мы начинаем с целого и приходим к частному путем анализа, в то время как обычные математические методы были основаны на принципе движения от частностей и построения целого путем синтеза» (Максвелл, [1873],С. 349).

В итоге, описывая процесс создания своей системы уравнений, Максвелл резюмировал: «я отдавал себе отчет в том, что в то время полагали, что существует определенная разница между фарадеевским способом понимания явлений и способом понимания математиков, так что ни те, ни другой не были удовлетворены языками друг друга. Я был также убежден в том, что эти расхождения не были результатом того, что одна из партий ошибалась» (Maxwell, 1873, p.599).

(В) То же обстоятельство – дополнительность полевых понятий и понятий, относящихся к теориям действия на расстоянии в максвелловской электродинамике – отмечали и такие современники Максвелла, как Анри Пуанкаре, Людвиг Больцман и Генрих Герц. Последний, в частности, весьма проницательно отмечал: «Но невозможно отрицать, что другие высказывания Максвелла кажутся на первый взгляд противоречащими этой точке зрения [полевой концепции]…Высказывание, согласно которому электричество движется подобно несжимаемой жидкости, – это любимое высказывание Максвелла. Но эти положения не согласуются с концепциями четвертой [полевой] позиции; они заставляют предположить, что Максвелл рассматривал вещи с третьей [гибридной!] точки зрения… В итоге, к сожалению, слово «электричество» в творчестве Максвелла используется двусмысленным образом. Во-первых, он использует его (как и мы) для обозначения величины, которая может быть или положительной, или отрицательной, и которая образует исходный пункт сил, действующих на расстоянии (или того, что за них принимается). Во-вторых, оно обозначает ту гипотетическую жидкость, от которой никакие силы, действующие на расстоянии (и даже не кажущиеся таковыми), распространяться не могут…

M. Poincare, в своем трактате «Electricite et Optique» (vol.i, Les Theories de Maxwell) выражает схожее мнение. Герр L.Boltzmann, в своих Vorlesungen uber Maxwell’s Theorie, судя по всему ставит своей задачей, так же как и я, скорее согласованное развитие максвелловской системы, чем точное воспроизведение его мыслей» (Hertz 1893, p. 26).

(C) В процессе реализации исследовательской программы Германа Гельмгольца, пытавшейся объединить как полевые представления, так и основные понятия теорий действия на расстоянии, его ученик Генрих Герц переполучил уравнения Максвелла, основываясь на представлениях о непосредственном действии на расстоянии.

В 1884 г. Герц опубликовал в «Wiedemann’s Annalen», 23, pp. 84-103, свою статью «О соотношениях между фундаментальными уравнениями Максвелла и фундаментальными уравнениями противоположной электромагнетики».

В этой работе Герц получил уравнения Максвелла альтернативным по отношению к Максвеллу способом, который избегал каких-либо механических моделей и какого-либо упоминания о «токе смещения» (подробнее см.: D’Agostino, 1975). Как отмечал сам автор, «Теперь система сил, заданная уравнениями (12) и (13), в точности совпадает с данной Максвеллом. Максвелл нашел ее за счет рассмотрения эфира в качестве диэлектрика, в котором изменяющаяся поляризация производит тот же эффект, что и электрический ток. Мы же получили ее при помощи других предположений, которые в общем случае принимаются даже оппонентами фарадей-максвелловской точки зрения» (Hertz [1884], 1896, p. 288).

(D) Герцевские опыты 1887—1888 гг. по обнаружению и изучению оптических свойств радиоволн не могут рассматриваться как «решающие эксперименты» по выбору между программами Ампера-Вебера и Фарадея-Максвелла по следующим ниже причинам.

(D.1) Ни в одной из максвелловских работ не содержится утверждение о существовании как радиоволн, так и других (несветовых) видов электромагнитного излучения. Более того, сам Максвелл, судя по всему, полагал, что генерирование радиоволн невозможно, и этот вывод поддерживали его британские ученики (Chalmers, 2001; Hunt, 2005). Неслучайно основное экспериментальное подтверждение максвелловской электродинамики было получено не ими и не сотрудниками созданной самим Максвеллом, долгое время им руководившейся и прекрасно оборудованной кавендишской лаборатории, а учеником Германа Гельмгольца немецким физиком Генрихом Герцем (1888), который первоначально сторонником теории Максвелла себя не считал.

Насколько же непопулярна была в то время максвелловская электродинамика – особенно в Германии – видно хотя бы из того, что Герц в своих экспериментальных работах, поставленных для проверки уравнений Максвелла, ссылок на последнего по возможности избегал. Например, в статье 1887 г. «О весьма быстрых электрических колебаниях», посвященной обнаружению индукционного действия токов смещения, ссылки на Максвелла вообще отсутствуют.

А в знаменитой статье Герца «Об электродинамических волнах в воздухе» (1888) теория Максвелла упоминается только в заключительных строчках, да и то после оговорки: «Опыты, описанные в настоящей статье, как и предшествовавшие опыты по распространению индукции, изложены без ссылок на какую-либо теорию, т.к. эти опыты убедительны вне зависимости от какой-либо теории» (Hertz [1888], 1893, p. 136).

В предисловии же Герца к первому сборнику статей по «электрическим волнам» (1893) прямо говорится о том, что: «многие люди с усердием посвятили себя изучению работ Максвелла, но даже после преодоления значительных математических трудностей они вынуждены были оставить надежду составить для себя самосогласованную картину максвелловских идей. Я также отношу себя к этой группе» (Hertz 1893, p. 20).

И это понятно: как показали историки науки (см., например: Buchwald, 2001; Darrigol, 2001), Герц задумал свои эксперименты в 1886—1887 гг. для проверки теории своего учителя – Германа Гельмгольца, а не Джеймса Максвелла. Неслучайно в ходе экспериментальных исследований Герц постоянно обсуждал «продвижение вперед» и полученные результаты «сразу же и весьма детально с Гельмгольцем» (Hoffman, 1998, p. 6).

Для нашей работы важно, что теория Гельмгольца, проверкой которой так усердно занимался Генрих Герц, была очень похожа на теорию Максвелла в том, что она была гибридной теорией, сочетавшей и полевые элементы, и положения теории действия на расстоянии. С одной стороны, Гельмгольц поддерживал максвелловскую идею о том, что электромагнитное излучение является волной в эфире. Но распространение этой волны Гельмгольц объяснял при помощи теории действия на расстоянии. Дуализм теории Гельмгольца был во многом обусловлен тем, что в философии Гельмгольц был учеником Канта и не пассивным подражателем, а скорее одним из тех, кто заложил основы неокантианства. Неслучайно в своей статье 1921 г. Мориц Шлик усматривает основной результат гельмгольцевской эпистемологии в том, что он заменил кантовский априоризм во взглядах на пространство и время утверждением, согласно которому «евклидово пространство является не неизбежной формой нашей способности к интуиции, но продуктом опыта» (цит. по: Patton, 2009, p. 282).

(D.2) Фарадей и Максвелл отнюдь не были первыми среди тех, кто высказал предположение о существовании электромагнитных волн.

Еще в 1853 г. геттингенский математик Бернгард Риман предложил заменить уравнение Пуассона для электростатического потенциала волновым уравнением, согласно которому изменения этого потенциала должны распространяться со скоростью света. Другое дело, что статью с этими результатами, сначала поданную в один из немецких журналов, Риман после продолжительных колебаний из редакции все-таки забрал.

Более того, именно в рамках теории дальнодействия в 1857 г. Густав Кирхгофф, рассматривая распространение волноподобных изменений электрического тока в проводнике, впервые показал, что в пределе тонкого проводника и высокой проводимости подобные возмущения должны распространяться со скоростью V = C_w / 2, где C_w он определил из измерений Вебера и Кольрауша. В итоге Кирхгофф пришел к выводу о том, что эти волноподобные возмущения тока проводимости будут распространяться со «скоростью очень близко аппроксимирующей скорость света в пустом пространстве».

К тому же ключевая для корректного вывода уравнений Максвелла из лагранжева формализма идея о том, что электрические токи линейны, а магнитные силы являются вращательными, заимствована Томсоном (а через него – и самим Максвеллом) из электродинамики Ампера-Вебера.

(D.3) Опыты Герца, в которых были открыты радиоволны, были запланированы и проводились в рамках не максвелловской, а гельмгольцевской исследовательской программы.

Как позже отмечал сам Генрих Герц, «Несмотря на мое величайшее преклонение перед максвелловскими математическими понятиями, я не всегда был уверен в том, что я схватил их физический смысл. Поэтому для меня не было возможным руководствоваться в моих опытах непосредственно максвелловской книгой. Вместо этого я руководствовался работами Гельмгольца, как это ясно видно по манере постановки моих экспериментов» (Hertz 1893, p.20).

Коллега и друг Максвелла немецкий физик Гельмгольц (как и его ученик Герц) скептически относился к максвелловской идее светового эфира и вместо нее разрабатывал концепцию, основанную на представлениях о диэлектрическом и диамагнитном веществе. Гельмгольц упорно пытался переполучить все значимые результаты максвелловской теории, не отказываясь при этом от основных положений электродинамики Ампера-Вебера. В частности, он предполагал, что электростатические силы обязательно присутствуют в пространстве в качестве особого поля, и что изменение поляризации или смещения зарядов свидетельствует об изменении поля электростатического (Helmholtz, [1870],1882).

Исходя из этих допущений, Гельмгольц в работе «Об уравнениях движения электричества в покоящихся проводя-щих средах», опубликованной в 1870, успешно вывел обобщенные уравнения, во многом сходные с уравнениями Максвелла, и показал, что в определенном предельном случае они переходят в максвелловские. Но в дополнение к обычным поперечным электромагнитным волнам, Гельмгольц обнаружил продольные электрические волны, распространяющиеся с бесконечной скоростью в максвелловском пределе k=0. Для подтверждения этих весьма нетривиальных выводов из своей теории в 1879 г. Гельмгольц организовал конкурс с премией за «Экспериментальное упрочение отношения между электромагнитным действием и поляризацией диэлектриков» и уговорил одного из лучших своих студентов – Генриха Герца – принять в этом конкурсе участие.

И в 1886—88 гг. Герц занялся в Карлсруэ – пригороде Берлина – исследованием соотношений между теориями Максвелла и Гельмгольца в новой серии экспериментов. Он разработал целую серию измерений, исходящих из гельмгольцевского разделения общей электрической силы на электростатическую и электродинамическую компоненты, распространяющиеся с принципиально отличными друг от друга скоростями. Согласно Герцу, «Общая сила может быть разделена на электростатическую и электродинамическую части; несомненно, что на коротких расстояниях преобладает и определяет направление действие общей силы первая, а на длинных – вторая компоненты» (Hertz [1888], 1893, p. 110).

В соответствии с законом Кулона, электростатическая компонента должна быть пропорциональна обратному квадрату расстояния, в то время как электродинамическая компонента – только расстоянию в минус первой степени. В обычном разделе классической электродинамики этой ситуации соответствует член, описывающий продольную компоненту электромагнитного поля, и член, описывающий поперечную, или радиационную компоненту.

Герц задумал серию экспериментов, и его усилия были, как известно, вознаграждены. Но необходимо отметить, что заголовок герцевской работы 1888 г. «О конечной скорости распространения электромагнитного действия» может с современной точки зрения показаться старомодным, поскольку сторонники максвелловской теории, особенно т.н. «максвелловцы» (the Maxwellians) никогда не употребляли термины гельмгольцевской электродинамики. И тем более они никогда не расщепляли общую электрическую силу на электромагнитную и электростатическую части.

Но для тех современников Герца, которые поддерживали теорию Гельмгольца, значение полученных Герцем результатов было ясно: герцевские эксперименты делали качественное заключение о конечности распространения электромагнитной части, но ничего определенного не могли сказать об электростатической компоненте. Поэтому Герц в этой статье и делал важную оговорку: «Из этого следует, что абсолютное значение первого из всего этого – того же самого порядка, что и скорость света. Ничего до сих пор нельзя сказать определенного о распространении электростатического действия».

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

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

«Гельмгольц различает между двумя видами электрической силы – электромагнитным и электростатическим, – которым, до тех пор пока экспериментом не будет доказано противоположное, – приписывается две различные скорости. Интерпретация моих экспериментов с этой точки зрения ни в коей мере не является ошибочной, но она возможно излишне усложнена. В особом предельном случае теория Гельмгольца становится значительно проще, и ее уравнения в этом случае сводятся к уравнениям максвелловской теории; остается только одна сила, которая и распространяется со скоростью света» (Hertz [1889], 1893, p. 121).

(E) Влияние идей Фарадея и на юного, и особенно на зрелого Максвелла сильно преувеличено, не в последнюю очередь самим создателем электромагнитной теории света (возможно, отчасти из патриотических побуждений: все-таки и Фарадей, и Максвелл – британские подданные). Вне всякого сомнения, влияние фарадеевских «Экспериментальных исследований» (1839-1855), опытов не только по электромагнитной индукции (1831) но и особенно по вращению плоскости поляризации света в магнитном поле (1845) на создание максвелловской теории трудно переоценить. Но и в этом случае все-таки следует разделять сами экспериментальные исследования и те философские идеи, которые за их интерпретацией стоят.

Для самоучки, не имевшего не только высшего, но и полноценного среднего образования, сына деревенского кузнеца, зятя старосты находившейся в весьма непростых отношениях с официальной англиканской церковью, «фундаменталистской» сандаманианской христианской общины, который впоследствии сам эту же общину и возглавил, была характерна твердая вера в целесообразность и разумность устроения мира Творцом.

Отвечая в 1844 г. на вопросы о своих религиозных воззрениях, Майкл Фарадей отмечал: «на мой взгляд, дискуссия по религиозным вопросам – пустое дело. В моей религии никакой философии нет. Я принадлежу к очень маленькой и презираемой (despised) секте христиан, известной, если вообще известной кому-нибудь, как сандаманиане, и наша надежда – в вере в Христа» (цит. по: Dr.Bence Johns, 1870, p. 195).

В 1846 г., выступая в своем Королевском Институте (Royal Institution) по вопросам электричества и магнетизма, Фарадей специально отмечал, что «наша слабая философия, позволяет увидеть в каждой частице материи центр силы, действующей на бесконечные расстояния, связывающей вместе молекулы и ионы и твердой в своем постоянстве. Вокруг каждой частицы мы видим силы различных явлений природы… настолько гармоничную работу всех этих сил, что каждая молекула предстает как реализация могущественного замысла…

И поэтому наша философия, по мере того, как она раскрывает нам эти вещи, неминуемо должна вести нас к Нему – к тому, кто все эти вещи отделал; ибо сказано авторитетом гораздо высшим, чем наш собственный: « невидимые вещи Его с начала сотворения мира ясно видны, будучи поняты посредством тех вещей, которые им сотворены, и даже Его всемогущество и божественность» (цит. по: Dr. Bence Johns, 1870, p. 229).

В другой лекции, прочитанной в том же учреждении «в присутствии принца Альберта», Фарадей заявил, что «тучи, затемняющие наш взор, тают с каждым днем, и я не сомневаюсь в том, что нас ожидают славные открытия в области естественных наук, раскрывающие мудрость и мощь Творца» (там же, p.244).

Один из современных исследователей творчества Майкла Фарадея – английский историк науки Колин Рассел – утверждает, что несколько лет назад в библиотеке Института Электрических Инженеров был найден любопытный документ – приватный меморандум Фарадея, не предназначенный его автором для публикации. Документ был посвящен разъяснению взглядов Фарадея на актуальные в то время проблемы атомов и полей. В отличие от его научных публикаций, он содержал несколько упоминаний Бога, в частности, выражал удивление по поводу того, почему Господь не размещал «энергию» вокруг точечных центров сил (Р. Бошкович) с той же легкостью, с которой он делал это вокруг материальных ядер. Именно теология всемогущего Творца привела Фарадея к идее о точечных центрах сил и, в конечном счете, о полях, которые их окружают.

Согласно другому известному исследователю творчества Фарадея – английскому историку науки Пирсу Вильямсу (L. Pearce Williams) – фарадеевская вера в единство сил материи раскрывало его веру в гармонию творения, привнесенную в мир щедростью Творца, приведшего различные части Вселенной в гармоничное единство (Pearce Williams, 1965, 1966).

Но блестящему студенту эдинбургского университета и выпускнику, а затем аспиранту Кембриджа, сыну преуспевающего юриста лорду Джеймсу Клерку Максвеллу был присущ глубокий скептицизм Юма, Беркли и Канта, впитанный на лекциях сэра Уильяма Гамильтона по философии сознания, читавшихся в эдинбургском университете. Эти лекции, которые «интересовали его чрезвычайно», не только оказали на лорда Максвелла «сильное впечатление», но и развили его «любовь к спекуляциям, к которым он в итоге оказался весьма склонен».

Именно сэр Гамильтон с его релятивизмом и глубокими сомнениями в возможностях познания сущностей вещей привил Максвеллу вкус к основам кантианской философии. Например, в одном из упражнений по курсу философии Максвелл отмечает, что утверждения, согласно которым длина, ширина и толщина принадлежат исключительно материи, «неверны, поскольку они принадлежат также к геометрическим фигурам, в свою очередь являющимся формами мысли» (Lewis & Garnett, 1881, p. 65). Уже после Эдинбурга, приступая к занятиям в Кембридже и разрабатывая «обычное обилие планов на будущее», под пунктом 4 (метафизика) Максвелл намечает «прочтение кантовской «Критики чистого разума» на немецком с целью согласования ее с сэром У. Гамильтоном» (цит. по: Lewis & Garnett, 1882, p. 77).

Об отношении к другому классику британской философии свидетельствует следующее замечание в одном из писем юного Максвелла к отцу, отправленное 25 марта 1854 г.: «Я читаю « Теорию зрительного восприятия» Беркли и чрезвычайно ею восхищен, равно как и другими его нематематическими работами; правда, я был весьма разочарован, когда обнаружил, что он в конце концов попал в капкан, который сам же своими парадоксами и расставил» (Lewis & Garnett, 1881, p. 109). Неслучайно и «у Конта имеются хорошие идеи о научном методе, но никакого понятия о человеке» (там же, p.108).

И, наконец, в своем центральном философском произведении – эссе «Существуют ли реальные аналогии в Природе?» (1856) – Максвелл занимает по основополагающим вопросам подчеркнуто кантианскую позицию, отмечая: «что касается пространства и времени, любой скажем вам, что общеизвестно и твердо установлено, что « они лишь изменения наших собственных сознаний» …Поскольку у нас нет ни одной причины верить, на основе простой смены впечатлений, что разницы в положении, так же как в порядке появления, существуют среди самих причин этих ощущений» (цит. по: Campbell & Garnett, 1882, p. 121).

Но оговоримся, что речь идет только о Канте, но не о немецкой классической философии вообще. Известно, например, ироничное замечание Максвелла о работе одного из современников: « хотелось бы надеяться на то, что изучение Гегеля оказало на автора благоприятное воздействие» (Campbell & Garnett, 1882, p. 108).

Конечно, сказанное выше не означает, что Максвелл был атеистом; аналогично, мало кто сомневается в том, что автор «Критики чистого разума» действительно отодвинул «границы разума для того, чтобы расчистить место для веры». Известно высказывание Максвелла о том, что «я согласен с утверждением о том, что конечная цель человека – прославление Бога и принятие его навечно» (Campbell & Garnett, 1882,p. 87).

Или, например, в лекции, прочитанной по случаю вступлению в должность профессора физики абердинского университета в 1856 г., будущий создатель теории электромагнитного поля предусмотрительно отмечал, что «как только мы познакомимся с одним или двумя великими законами физики, мы начнем смотреть на Вселенную как на реализацию высочайших принципов Красоты и Порядка; мы подготовлены к тому, чтобы рассматривать Природу не как простой набор чудес, удовлетворяющих наше любопытство, но как систематизированный музей, задуманный для того, чтобы шаг за шагом представить нам те фундаментальные принципы, которые использованы в трудах Создателя» (Campbell & Garnett, 1882, p. 420).

Правда, весьма либеральная религиозность Максвелла предполагала не только жесткое разграничение научного разума и веры, но и также характеризовалась следующим, не менее известным его утверждением: «Я полагаю, что те результаты, к которым человек приходит в своих попытках гармонизировать свою науку с христианством, не должны рассматриваться как имеющие какое-либо другое значение, кроме самого человека, да и для него только в течение определенного времени, но общество не должно накладывать на него свой отпечаток» (Campbell & Garnett, 1882, p.465).

И, будучи «сыном своего времени», он никогда не принадлежал в течение долгого времени ни к какой церкви; как он сам отмечал, и это относится в еще большей мере к его философским, эпистемологическим воззрениям: «моя вера слишком глубока для того, чтобы находиться в оковах какого-либо одного множества мнений».

Далее, как отмечает один из отечественных знатоков творчества Максвелла (и специалистов в области физики элементарных частиц), объяснение принятия полевой концепции симпатией к близкодействию на первый взгляд представляется весьма естественным и правдоподобным (Шапиро, 1973). Но это объяснение не подтверждается анализом работ Максвелла. Из них следует, что относиться к полю как к физической реальности автор «Трактата об электричестве и магнетизме» начал довольно поздно: лишь после того, как вывел из своих уравнений существование (электро) магнитных волн, т.е. после введения тока смещения. До этого поле он использовал с «откровенно иллюстративной» целью – для построения наглядных образов весьма и весьма сложных векторных дифференциальных уравнений.

Например, в одной и той же работе для разъяснения разных аналитических соотношений Максвелл использует значительно отличающиеся друг от друга модели. Так, в работе «О фарадеевых силовых линиях» он замечает: «На эту субстанцию не следует смотреть так же, как на гипотетическую жидкость в смысле, который допускался старыми теориями для объяснения явлений. Она представляет собой исключительно совокупность фиктивных свойств, составленную с целью представить некоторые теоремы математики в форме более наглядной и с большей легкостью применяемой к физическим задачам, чем форма, использующая чисто алгебраические символы…» (цит. по: Шапиро, 1972, С. 327).

Переход к дифференциальным уравнениям в частных производных, составлявший содержание этой статьи, отнюдь не состоял в переходе к физическому близкодействию. Уравнение Пуассона для потенциала тяготения, например, известное и Максвеллу, и его современникам, никто и не собирался интерпретировать в духе полевой концепции. Как полагал сам Максвелл, тяготение не должно было истолковываться в рамках физической теории поля. Поэтому «исходными пунктами электродинамических исследований Максвелла вряд ли были априорная убежденность в необходимости близкодействия и стремление свести электромагнитные явления к чисто механическим. Насколько можно судить по работам Максвелла и последовательному развитию идей в этих работах, первоначальным стимулом к пересмотру господствовавших представлений была неудовлетворенность чисто эмпирическим характером закона взаимодействия движущихся зарядов, отсутствием органической связи между покоящимся и движущимся электричеством» (Шапиро, 1972, С. 331).

Далее, специфические черты фарадеевского понятия поля состоят в том, что сила – это субстанция, причем субстанция единственная, и что все силы способны ко взаимопревращениям посредством различных движений силовых линий. Но Максвелл, пытаясь найти математическое выражение непрерывных преобразований электрических и магнитных сил, рассматривал последние как стрессы и натяжения в механическом эфире (подробнее см.: Nersessian, 1985).

Цель данной работы – более полно раскрыть интертеоретический контекст максвелловской революции. Это означает, что я намереваюсь предложить такую рациональную реконструкцию генезиса и становления максвелловской электродинамики, которая принимает во внимание обстоятельства (A) – (E) и обеспечивает тем самым, выражаясь языком Имре Лакатоса, «теоретически – прогрессивный сдвиг решаемых проблем» по отношению к другим «внутренним» объяснениям. Это позволяет заключить, что максвелловская революция является гораздо более сложным явлением, чем это может показаться с точки зрения ряда известных концепций научных революций (см., например: Kuhn 1977; Lakatos 1978).

Взятое само по себе, это суждение тривиально: любое социальное явление, как отмечал, например, Пол Фейерабенд, всегда сложнее теоретических представлений о нем. Но мне представляется, что один из основных недостатков упомянутых концепций – отсутствие описания процесса взаимодействия «парадигм», «научно-исследовательских программ», «исследовательских традиций» и т.д. (Нугаев, 1989; 2010; 2012). Без учета этого обстоятельства рациональная реконструкция научной революции, теоретически воспроизводящая ее эпистемологическую необходимость, на мой взгляд, невозможна. Объяснить (задним числом) в истории можно все, что угодно. Но одно дело – показать, что данное событие могло произойти, а совсем другое дело – показать, что оно должно было произойти. И одна из задач данной работы – показать, что это замечание особенно справедливо по отношению к истории максвелловской революции.

Судя по всему, жесткие демаркационные линии, непреодолимые барьеры, «гештальт-сдвиги» между теоретическими онтологиями, относящимися к разным «парадигмам», существуют только в головах философов науки. В реальной практике научных исследований эти границы постоянно нарушались и нарушаются, и, как я попытаюсь показать, эти нарушения часто были плодотворными для дальнейших исследований.

Я попытаюсь продемонстрировать, что исследовательская программа Максвелла в конечном счете превзошла свою главную соперницу – программу Ампера-Вебера – потому, что она была «синтетической» (в смысле, более детально раскрытом, например, в работе Нугаева, 1989). Она представляла, по выражению одного из максвелловских философских наставников – кантианца Уильяма Уэвелла – «следующую ступень постепенного восхождения наших спекулятивных воззрений на все более и более высокую ступень обобщения» (Whewell 1847, vol. 2, p.74). В противоположность максвелловской, программа Ампера-Вебера была редукционистской (в смысле, более детально раскрытом в работе Нугаева, 1989). Она стремилась свести все теоретические онтологии к одной и той же онтологии «действия на расстоянии».

В частности, программа Максвелла не только успешно ассимилировала ряд положений твердого ядра программы Ампера-Вебера, соединив их с рядом «полевых» идей Фарадея и положений оптики Юнга и Френеля, но и была открыта для синтеза с другими исследовательскими традициями. Я полагаю, что данное обстоятельство имеет немаловажное значение для авторской версии методологии научно-исследовательских программ (см. подробнее: Нугаев, 2010), позволяя не столько подтвердить последнюю, сколько уточнить особенности построения теорий в рамках т.н. «синтетических глобальных программ».

Согласно устоявшимся в философии науки представлениям, основное достоинство обычной научной теории – ее способность «предвосхищать» (anticipate) новые научные факты, которые еще не наблюдались, обеспечивая «эмпирически-прогрессивный сдвиг решаемых проблем». Но перед синтетической теорией стоит гораздо более сложная и амбициозная задача: объединить не факты, а теории. Поэтому ее достоинство – в предвосхищении не столько фактов, сколько теорий, в приспособлении к новым теоретическим подходам, в способности эти подходы ассимилировать, «включить в себя», пусть даже в существенно преобразованном виде. При этом эти ассимилированные подходы продолжают «жить» в рамках нового теоретического языка, не утратив способности предсказывать свои собственные экспериментальные «факты».

Например, как отмечал в известном предисловии к изданному в Лондоне первому сборнику своих работ по «электрическим волнам» Генрих Герц, «с самого начала теория Максвелла превосходила все другие в элегантности и в изобилии отношений между различными явлениями, которые она включала. Вероятность этой теории, и, следовательно, число ее сторонников, увеличивалось из года в год» (Hertz 1893, p.19).

Это «изобилие отношений», с нашей точки зрения, и было обусловлено тем, что фактически Максвелл синтезировал не только отдельные результаты, не только математические формулы и экспериментальные данные, но и «твердые ядра», и даже «эвристики» встретившихся исследовательских программ. Но смог он это сделать потому, что выдвинул в качестве объединяющего начала идею, носившую, в отличие от программы Ампера-Вебера, не «деревянный» онтологический, а гибкий (flexible), кантианский, антинатурфилософский, подчеркнуто эпистемологический характер. Для Максвелла последним «первокирпичиком» физической реальности был отнюдь не эфир, из которого надо было тщательно конструировать как поля, так и заряды, не «поле» и тем более не непосредственное «действие на расстоянии». И это действие, и «несжимаемая жидкость», и «вихри в эфире», и «поля» для него были лишь модельными представлениями, в лучшем случае способными лишь «навести» (inductio) на правильные математические соотношения.

С репрезентационной точки зрения (т.н. «теория отражения») электромагнитных феноменов все эти гидродинамические модели были лишь жалкими и заранее обреченными на неудачу попытками описать неописуемое – «вещи в себе», «природу» электрических и магнитных явлений. Напротив, целью своей программы Максвелл поставил нахождение эмпирически-содержательных математических отношений между базисными объектами электродинамики, т.е. создание самосогласованной системы уравнений электромагнитного поля.

Неслучайно в своих лекциях, посвященных максвелловской электродинамике, даже такой известный реалист (и борец с освальдовским энергетизмом) как Людвиг Больцман одобрил точку зрения Герца, согласно которой электричество – «это мыслительный конструкт, служащий для изображения интегралов определенных уравнений» (цит. по: Buchwald, 1994, p. 258). Именно поэтому как только Максвелл получил свои уравнения из весьма и весьма сомнительных модельных представлений и как только он убедился в самосогласованности своей системы, он тут же стал пытаться переполучить свои уравнения из более абстрактного и надежного лагранжева формализма.

Поэтому его глобальная программа и могла свободно парить в пространстве опыта – расширяться, присоединяя к себе и перерабатывая в своем духе куски весьма разнородного материала, относившегося к другим исследовательским программам – Френеля, Ампера-Вебера («эффект Фарадея») и Фарадея («опыты Герца»). Мета-программа Максвелла, эпистемологическая «программа над программами» задавала не столько конкретные результаты, сколько способ теоретического развертывания электродинамики, в котором методология имела теперь ключевое значение. Максвелл вел себя в данном случае в соответствии с рецептами своего наставника, ректора кембриджского Тринити Колледжа Уильяма Уэвелла: «физики-первооткрыватели отличались от фантазеров (barren speculators) не тем, что в их головах не было никакой метафизики, но тем, что у них была, в отличие от их оппонентов, хорошая метафизика, а также тем, что они связывали свою физику со своей метафизикой вместо того, чтобы держать их вдали друг от друга» (Whewell 1847, vol. 1, p. X).

Генезис максвелловской электродинамики был гармонично встроен ее создателем в общий процесс нововременной деонтологизации, начавшийся еще в XVI – XVII вв. с отказа от аристотелевской онтологии: «поиск сущностей я считаю занятием суетным и бесперспективным» (Галилей). В силу того, что истина постигается в опыте, и мы познаем не столько вещи «сами по себе», сколько феномены, необходимо отказаться от допущения самой возможности абсолютного знания. Согласно духу науки нового времени, зафиксированному Кантом, сама «являемость вещей в опыте» заключает в себе истинно-сущностный характер. Феномены не есть просто сущностные явления, сквозь которые «проглядывает» так или иначе замутненная сущность; они есть прежде всего сущее в своем собственном состоянии. Феномены человеческого опыта заключают в себе всю полноту постигаемой достоверности.

Следующий серьезный шаг в реализации этой «галилеевской» эпистемологической программы был сделан Ньютоном, наотрез отказавшимся от поиска природы всемирного тяготения и давшим вместо раскрытия сущности тяготения и объяснения причин того, почему тела притягиваются друг к другу, просто математически точное описание того, с какой силой стремятся друг к другу разнообразные тела (hypothesis non fingo). Правда, в частной переписке (письмо к Бентли) создатель классической механики вовсе не отказывался от спекуляций о природе тяготения, связывая последнюю с декартовским эфиром, что свидетельствует в пользу неустойчивости его мировоззренческой позиции.

Но уже сам Максвелл принципиально отказывался, с высоты своей кантианской эпистемологической позиции, от выяснения природы электричества и магнетизма и рассматривал эфир, в отличие от своего старшего товарища Уильяма Томсона, лишь как элемент модельных представлений, способствующих классификации и аккумулированию соответствующих «фактов» из области электромагнетизма.

Герц пошел еще дальше, пытаясь обосновать точку зрения, согласно которой эфир, как носитель электромагнитных взаимодействий, излишен. Он выбрал теорию Максвелла лишь как самую простую из всех имевшихся альтернативных описаний.

Но оставалась еще другая «онтологическая» функция эфира – быть вместилищем абсолютной системы отсчета. От этой функции освободил физику Альберт Эйнштейн, продемонстрировавший, что именно эфир препятствует единому рассмотрению электричества и магнетизма и выявлению их симметрии, так много значившей для таких его современников, как Оливер Хевисайд. Эйнштейн и сделал первый шаг (1905) в направлении отказа от рассуждений о природе пространства и времени.

Следующий шаг (1915) состоял в сведении природы гравитационного поля к искривлению пространства-времени, когда компоненты напряженности гравитационного поля стали выражаться через сугубо геометрические величины – метрику, символы Кристоффеля, тензор кривизны и т.д. Последовавшие вслед за этим попытки создания «единой теории поля», наглядным представителем которой является модель КалуцыКлейна, увенчались современной теорией суперструн.

Но сказанное выше в то же время не означает, что я во всем согласен с выводами упомянутых выше М. Моррисон, Д. Сигела и О. Дарриголя. В частности, я полагаю, что одним из основных недостатков исследования М. Моррисон является недооценка ею роли механистического мировоззрения для получения максвелловских результатов 1854—1855, 1861 и 1864 гг. Ведь уравнения Максвелла представляют собой, по словам И. С. Шапиро, пример фундаментального физического закона, явно угаданного, а не «выведенного», в ригористском смысле слова, из экспериментальных данных (Шапиро, 1972, С. 319).

Скажем, в 1861 г. в процессе работы над частями статьи «О физических силовых линиях» Максвелл сообщает в письме одному из своих товарищей по Кембриджу о том, что «сейчас я пытаюсь придать точную математическую форму всему тому, что известно об электромагнетизме без помощи гипотез, а также выяснить, какие изменения формулы Ампера, не противоречащие ей, возможны» (цит. по: Campbell & Garnett, 1882, p. 63).

Тем самым Максвелл подчеркивает, что можно получить самые разные варианты, делающие систему его уравнений самосогласованной, и только следующие из вихревой модели соображения однозначно ведут к тому выражению для тока смещения, которое сохранилось и доныне. Конечно, впоследствии он переполучил свои уравнения из лагранжева формализма, не прибегая к «модельным» представлениям, но это уже был вывод post hoc. Лагранжиан (как это знают современные специалисты по физике элементарных частиц) заранее выбирался таким, чтобы еще раз получить выражения, содержащие ток смещения, первоначально полученный на основе модельных соображений. Как справедливо отмечает, говоря о функциях аналоговых моделей, В. С. Степин «последние же были не просто вспомогательными средствами, чем-то вроде строительных лесов, которые должны быть убраны, когда построено здание теории. Они служили особыми каркасами, часть которых становилась арматурой для возводимых стен теоретической постройки, входила в само «тело» создаваемой теории, а вторая, внешняя часть, связанная с наглядно-образной формой модели, оставалась лесами, которые облегчали создание теории и были устранены после ее создания» (Степин, 2000, С. 371).

С нашей точки зрения, тем «каркасом», о котором говорится в приведенной выше цитате, был в случае максвелловской электродинамики «ток смещения», установивший такие связи между встретившимися исследовательскими программами, что любое продвижение в рамках одной из них неминуемо вело к изменению содержания другой. В общем случае именно гибридные объекты – узлы теоретических традиций – связывают встретившиеся программы, обеспечивая поиск и установление плодотворных связей между ними, когда новые результаты, полученные в рамках одной программы, помогают получению новых результатов в рамках другой.

Один из уроков истории максвелловской электродинамики состоит в необходимости различать «степени гибридизации»: гибридные объекты «второго порядка» (crossbreeds) и гибридные объекты «первого порядка» или просто гибриды (hybrids). Гибридные объекты второго порядка, подобные «току смещения», являются результатом скрещивания базисных объектов встретившихся теорий. А просто гибриды, подобные максвелловским теоретическим схемам в статье 1861 г., описывавшим взаимодействие эфирных вихрей с молекулами – это механические смеси, составленные из разнородных элементов. Только гибридные объекты второго порядка сохраняются при всех дальнейших развитиях теории. «Просто гибриды», представляющие собой источники постоянной головной боли для теоретиков, одновременно являются движущей силой развития исследовательских традиций. Так, в частности, дуализм максвелл-лоренцевской электродинамики индуцировал создание специальной теории относительности (подробнее см.: Nugayev, 1985).

Далее, Д. Сигел все-таки недооценивает кантианскую, агностическую составляющую мировоззрения Максвелла, рассматривая его творчество как обычную для философского дилетанта серию «эклектических» колебаний между механистическим материализмом и агностицизмом.

Более того, в своей фундаментальной «Электродинамике от Ампера до Эйнштейна» (2001) О. Дарриголь, как историк науки, скрупулезно описал процесс коммуникации между различными традициями в электродинамике, охватывающий также и континентальную и британские традиции.

«Хорошо известная особенность истории электродинамики – это долгое сосуществование подходов, основанных на полевых понятиях и на понятиях действия на расстоянии. Менее известны различные стратегии, которые принадлежащие к этим традициям физики разрабатывали для того, чтобы общаться друг с другом. … Мы идентифицировали несколько пар традиций: британскую /континентальную, веберовскую/неймановскую, томсоновскую /максвелловскую, в которых глубокие различия существовали на различных уровнях – от онтологических обязательств до социо – институциональных, экспериментальных и теоретических практик. Тем не менее, представители этих антагонистических традиций общались друг с другом такими способами, которые допускали сравнения, адаптации и взаимные оплодотворения» (Darrigol 2001, pp. VIII – IX).

Но наверное именно поэтому, сосредоточившись на раскрытии историко-научного контекста, он не уделил достаточное внимание контексту эпистемологическому, связанному с разработкой общего механизма взаимодействия исследовательских традиций как на логико-методологическом, так и на и социально-психологическом уровнях.

В результате недооценки значения кантианской эпистемологии в творчестве Максвелла, Дарриголь также недооценивает влияние на максвелловскую электродинамику идей не только Г. Гельмгольца, но и Ампера и Кирхгофа, а также Неймана и Вебера. Он утверждает, что «максвелловская теория была чисто полевой теорией, игнорирующей современную дихотомию между электричеством и полем» (Darrigol, 2001, p.173).

Но максвелловская электродинамика, как это будет показано далее, не была чисто полевой теорией. Другое дело, что для интерпретации результатов своих экспериментов по «электрическим волнам» Генрих Герц мастерски отделил от «зарядовой» ее «полевую» часть, которая относится к описанию процесса распространения электромагнитных волн вдали от источника, и старательно исследовал последнюю в серии тщательно продуманных и виртуозно исполненных экспериментов.

Руководствуясь кантианской эпистемологией, – причем не только в развертывании теоретического аппарата, но и в планировании и проведении опытов, – Герц искусно оставил за скобками вопрос о природе осциллятора электромагнитных волн как некоей «вещи в себе». Он отделил эту «вещь» на своих знаменитых диаграммах кружочком от подробно выписанной картины распространения электромагнитных волн (Buchwald, 1998). Но и этого оказалось недостаточно. Для того, чтобы оставить за скобками гельмгольцевскую интерпретацию полученных результатов (SmirnovRueda, 2001) и сосредоточиться только на максвелловской, Герц вынужден был прибегнуть к весьма амбивалентному критерию «простоты», которому он впоследствии и пытался придать более четкие очертания в своих «Принципах механики».

В общем случае, я полагаю, что основной недостаток работ Д. Сигела, М. Моррисон и О. Дарриголя – недооценка значения собственной методологии Максвелла, разработанной им для своего амбициозного проекта синтеза механики, электродинамики и оптики. Но чем бы Максвелл не занимался – метафизикой, эпистемологией, математикой, физикой, химией – везде он пытался найти свой путь, как правило независимый от подходов других исследователей (как это, впрочем, отмечали многие близко знавшие его люди, такие, например, как профессор Питер Тэт).

Как сам Максвелл неоднократно отмечал, – например, в инаугурационной речи перед вступлением в должность профессора маришальского колледжа, – «хорошо, если каждый человек живет своим умом, и не принуждается к принятию способов мышления других людей под внешне благопристойным предлогом изучения науки» (цит. по: Mahon, 2003, p. 70).

Известно, что в круг особо чтимых Максвеллом мыслителей входили Аристотель, Кант, Дугалд Стюарт, Адам Смит, Уильям Гамильтон, Джон Вильсон и Уильям Уэвелл. Как отмечал в одном из писем и сам автор «Трактата об электричестве и магнетизме», «метафизика постоянно нравится мне больше, чем вычисления, и моя собственная метафизика настолько быстро приобретает черты твердости и высокого стиля, что уже в десять раз превосходит Уэвелла, так же как последний превосходит Милля, и так же как Милль, в свою очередь, превосходит Конта или Маколея» (цит. по: Campbell & Garnett, 1882, p. 411).

Необходимо принять во внимание то, когда это письмо было написано – в июле 1856 г., – в процессе обдумывания идей основополагающей электродинамической статьи «О фарадеевых силовых линиях». Это отношение к метафизике не было связано только со свойственным юности романтизмом, поскольку Максвелл сохранил его на всю жизнь. Так, уже в конце творческого пути, в рецензии на книгу своего друга он отмечал, что «мы рады обнаружить, тем не менее, что несмотря на презрение, с которым проф. Тэт относится к априорной физике тех философов, которые не имеют никакого отношения к эксперименту, он признает, что существует истинная наука метафизики, которая обсуждает фундаментальные идеи всех наук и познания не за счет того, что она отбрасывает все опытные факты, но за счет привлечения всех научных данных» (цит. по: Campbell & Garnett, 1882, p. 309).

Как тут не вспомнить ироничный отзыв Кирхгоффа: «Максвелл, конечно гений, но все его вычисления надо перепроверять».

Любопытно сравнить максвелловское отношение к философии с отношением другого, особенно близко подошедшего к созданию новой электродинамики физика – Германа Гельмгольца (мировоззрение которого также было весьма близко к кантианству). Последний писал, например, в 1869 г. одному из своих знакомых: «я нахожу, что слишком обильные занятия философией меня несколько деморализуют, в результате чего мои мысли становятся вялыми и расплывчатыми» (цит. по: Darrigol 2001, p. 220).

Представляется, что все эти аргументы заставляют внимательнее отнестись к замечаниям такого современника Максвелла и знатока его творчества как Людвиг Больцман. И в лекциях по максвелловской теории, и особенно в примечаниях к статьям Максвелла по электродинамике, переведенным Больцманом на немецкий язык, последний справедливо указывал, что многие произведения Максвелла, но особенно его ранние статьи по электродинамике «не были достаточно поняты». Возможно, это объясняется тем, что эти работы, «написанные по хорошо обдуманному заранее плану» показывают, что их автор «был столь же крупным творцом в теории познания, как и в области теоретической физики» (Больцман, 1952, С. 90).

С этой точки зрения, больцмановское замечание справедливо даже по отношению к такому знатоку максвелловского творчества, как Генрих Герц. Для последнего характерно, например, следующее замечание: «Но ни в коем случае непосредственное доказательство этих уравнений [Максвелла] не может быть выведено из опыта. Представляется особенно логичным, поэтому, рассматривать их независимо от способа, которым они сначала были получены, рассматривать их как гипотетические предположения, и сделать их вероятность зависящей от очень большого законов природы, которые они охватывают. Если мы примем эту точку зрения, мы можем расстаться с числом вспомогательных идей, которые делают понимание максвелловской теории более трудным, частично потому, что они бессмысленны» (Hertz [1889], 1893, p. 138).

В своих работах (1891—1893) Больцман соглашался с Герцем в том, что максвелловские понятия заряда и тока «непоправимо туманны». Но по отношению к электродинамике Ампера-Вебера он был более суров: «Несомненно полезно сохранить теорию Вебера как образец предупреждения на все времена о том, что мы всегда должны сохранять определенную интеллектуальную гибкость» (цит. по: Buchwald, 1994, p. 261).

Больцман постоянно подчеркивал необходимость плюрализма подходов, как математических, «феноменологических», так и физических, «картинных». С последовательно проводимой в данной работе точки зрения, гибкая «плюралистическая» методология Максвелла, выросшая из стремления найти разумный баланс, эпистемологический компромисс между крайностями кантианского априоризма и шотландского « реализма здравого смысла» (common sense realism), явилась не только вполне самостоятельной, но и необходимой компонентой его творчества. Без нее максвелловский синтез оптики и теории электромагнетизма никогда бы не состоялся.

С нашей точки зрения, эпистемологическая позиция Максвелла достаточно ясно обозначена не столько в его собственно физико-математических работах, сколько в двух основных работах общего характера – в упоминавшемся выше эссе «Существуют ли реальные аналогии в Природе?» и особенно в очерке «Гельмгольц», в котором он специально рассматривает методологические проблемы синтеза двух различных зрелых (mature) теорий Т₁ и Т₂. Этот очерк и коммуникации с Гельмгольцем занимали важное место в творчестве Максвелла. Неслучайно сам Гельмгольц сыграл весьма значимую роль в дальнейшей разработке и самой методологии исследования электромагнитных явлений, и в развитии теории Максвелла. Именно его ученик Герц внес решающий вклад и в развитие максвелловской теории, и в ее экспериментальное подтверждение.

Эпистемология Максвелла, контуры которой «просвечивают» через его философские работы, может быть вкратце охарактеризована следующим образом. Научное познание есть совокупность различных теоретических и экспериментальных традиций, разнообразных исследовательских «практик», каждая из которых эволюционирует относительно независимо от других. Несмотря на то, что подобный плюрализм является необходимой (и предварительной!) составляющей процесса познания, подлинный прогресс в его развитии может быть достигнут лишь тогда, когда различным традициям удается прийти во взаимодействие, состоящее прежде всего в том, что эти традиции не только вызывают значительные изменения друг в друге, но иногда даже способны объединиться, породив более общую традицию, содержащую взаимодействовавшие в качестве своих значительно преобразованных компонент.

Именно взаимодействие исследовательских традиций Аристотеля и Птолемея – «физики Земли» и «математики Неба» – привело к генезису классической механики, когда «прогресс науки состоял в освобождении от небесных механизмов, которыми поколения астрономов загромождали небеса, в смывании паутины (sweeping cobwebs off) с неба» (Maxwell, 1890, p. 315; см. также: Нугаев, 2012).

Аналогично, взаимодействие других исследовательских традиций – экспериментальной – Фарадея – и математических – Юнга-Френеля и Ампера-Вебера – привело к созданию максвелловской электродинамики за счет создания целого конгломерата гибридных объектов и прежде всего т.н. «тока смещения», сконструированного из базисных объектов всех трех встретившихся программ.

Далее, взаимодействие теоретической традиции – гибридной программы Гельмгольца – с экспериментальной привело к получению Герцем своих экспериментальных результатов, послуживших убедительным аргументом в пользу существования радиоволн. В процессе этого взаимодействия, продолжавшегося несколько лет, встретившиеся традиции постоянно корректировали друг друга. Влияние эмпирической традиции состояло в последовательном отборе наиболее простых по отношению к «фактам» теоретических объяснений, в то время как влияние теоретической состояло в отборе тех экспериментальных фактов, которые представлялись наиболее существенными, и в обозначении перспективных направлений эмпирических исследований.

Было бы странным, если бы Герц оказался первым, кто наблюдал радиоволны. И действительно, до него стоячие электромагнитные волны обнаружил Хьюз. Радиоволны в 1875-1882 гг. также наблюдались и самим Томасом Альвой Эдисоном. Но никто из них не был настолько осведомлен в теории Максвелла для того, чтобы cвязать наблюдаемые эффекты с электромагнитным излучением.

С другой стороны, роль (электромагнитной) теории в герцевском открытии не следует и преувеличивать. Согласно самому Герцу «Я также не верю в то, что можно было придти к познанию этих явлений только на основе одной только теории. Поскольку их появление на нашей экспериментальной сцене зависит не только от их теоретической возможности, но также и от особых и удивительных свойств электрической искры, которые не могут быть заранее предсказаны ни одной теорией» (Hertz, 1893, p. 17).

И, наконец, в 1905 г. в статье «К электродинамике движущихся тел» Эйнштейн показал, что электрические и магнитные силы составляют части одного и того же физического явления – электромагнитного взаимодействия. Разделение этого взаимодействия на электрическую и магнитную компоненты носит во многом условный характер и в большой степени зависит от системы отсчета, в которой мы описываем взаимодействие. Важно также, что в работах Эйнштейна проблема «дополнительности» электрического и магнитного полей оказалась на самом деле связанной с другой, более глубокой проблемой – «дополнительности» полевого и корпускулярного описания электромагнитных явлений.

В итоге история становления максвелловской электродинамики еще раз свидетельствует о том, что само содержание столь привычных для философа науки понятий как «верификация», «фальсификация», «предсказание» в значительной мере должно рассматриваться в контекстах взаимодействия различных традиций между собой.

Соответственно, первая часть данной работы (гл. I) посвящена наброску философско-методологической позиции Максвелла в ее сравнении с позициями его современников – от М. Фарадея до У. Томсона; вторая часть (гл. II —гл. IV) – рассмотрению того, как он эту позицию в своем творчестве отстаивал и реализовывал. Последняя, V глава, посвящена эмпирическому подтверждению теории Максвелла и той роли, которую сыграла в этом процессе кантианская эпистемология.

Несмотря на то, что переводы всех основных научных и научно-популярных статей Джеймса Максвелла, Уильяма Уэвелла, Германа Гельмгольца и Генриха Герца в отечественной литературе уже имеются, автор данной работы иногда вынужден был, по вполне понятным соображениям, прибегать к самостоятельным переводам, о чем имеются прямые указания в тексте.

ГЛАВА ПЕРВАЯ

МАКСВЕЛЛОВСКАЯ МЕТОДОЛОГИЯ КОНСТРУИРОВАНИЯ СИНТЕТИЧЕСКОЙ ГЛОБАЛЬНОЙ ТЕОРИИ

Непосредственными предшественниками Максвелла в деле создания теории электромагнетизма были Ганс Христиан Эрстед (1777—1851), Андре-Мари Ампер (1775—1836), Майкл Фарадей (1791—1867) и Уильям Томсон (1824—1907). Значительное влияние на разработку максвелловской методологии синтеза оказал также и кембриджский естествоиспытатель и философ науки, ректор Тринити Колледжа Уильям Уэвелл (1794—1866). Сравнение их взглядов с максвелловскими позволяет более детально выявить особенности максвелловской методологии создания развитой научной теории.

Как известно, зимой 1819—1820 гг., во время лекционной демонстрации в копенгагенском госуниверситете, Эрстед совершил выдающееся открытие, состоявшее в выявлении влияния электрического тока на направление находившейся рядом магнитной стрелки. Он показал, что повороты магнитной стрелки образуют круг вокруг «замыкающего провода». Из эксперимента следовало, что сила, действующая между магнитным полюсом и током, направлена не по соединяющей их прямой, а по нормали к ней, т.е. перпендикулярно. В конечном счете этот простой факт ставил под сомнение всю ньютонианскую систему мира.

Несмотря на уничижительные отзывы некоторых современников, открытие Эрстеда не было случайным; правда, именно это обстоятельство Эрстед и был вынужден доказывать всю жизнь. Так, в дальнейших своих комментариях он справедливо указывал на то, что еще в изданной им в Париже в 1813 г. книге «Recherches sur l’identite des forces chimique et electrique» утверждалось, что «еще необходимо проверить оказывает ли электричество в его наиболее латентном виде какое-либо действие на магнит как таковой». Даже в самых ранних своих трудах Эрстед предполагал, что магнетизм и электричество производятся одними и теми же силами. И эта точка зрения ни в коей мере не была новой. Она высказывалась и обсуждалась на протяжении более чем двух столетий, просто до Эрстеда никто не сумел ее наглядно продемонстрировать. При этом «всякий, ознакомившийся с работами этого физика как относительно его собственных, так и предшествующих открытий, сразу увидит, что опыты его скорее являлись следствиями его теорий, чем наоборот. В его открытии случай, по-видимому, играл весьма незначительную роль; он скорее затруднял его, ибо все было уже осмыслено и опыты продуманы задолго до их осуществления» (Фарадей, 1939, С. 41).

Поэтому неслучайно, что, несмотря на то, что с начала XVIII в. кафедра физики в копенгагенском университете была ликвидирована « с той целью, чтобы усилить курс богословия», золотую медаль студент этого университета Г.Х. Эрстед получил за эссе «Границы поэзии и прозы», а степени доктора философии будущий классик естествознания все-таки удостоился за опубликованный труд «Метафизические основы естествознания Канта». Судя по всему, отход от ньютонианского механистического мировоззрения начался именно с Канта (подробнее см. Pearce Williams, 1965, 1966).

В своей работе 1786 г. Иммануил Кант выдвинул такую динамическую теорию материи, в которой последняя рассматривалась как детерминируемая фундаментальными силами притяжения и отталкивания – в отличие от примитивной, твердой и непроницаемой материи Ньютона, – что сулило перспективу единого рассмотрения всех сил природы. Неслучайно именно кантовская динамическая теория материи послужила своеобразными пролегоменами и к натурфилософии Фридриха Шеллинга, и его ученика немецкого естествоиспытателя Риттера и самого Эрстеда.

Первоначальной мотивацией этого более широкого взгляда на вещи были новейшие открытия в электрохимии, интерпретируемые одним из философских наследников Канта – Шеллингом – как выражение единства магнитных, электрических и гальванических сил. Судя по всему, открытие Эрстеда было бы невозможно без шеллинговской натурфилософии. Это Шеллинг научил Эрстеда «задавать Природе правильные вопросы». С точки зрения Шеллинга, динамическая конституция материи образуется «из позитивной реальности силы расширения» (отталкивание) через «отрицательную реальность силы сжатия» (притяжение) вплоть до «ограничительного баланса двух этих сил в состоянии равновесия». Вызывающе анти-ньютоновскому подходу Шеллинга было чуждо разделение единого процесса взаимодействия между физическими телами на «материю» и «силы».

В полном соответствии с шеллинговской натурфилософией, Эрстед утверждал, что в природе нет ничего мертвого и закостенелого, и что каждая вещь существует лишь как развивающийся процесс, являющийся частью более общего и развивающегося целого. Будучи сторонами развития единого первоначала, законы природы и законы разума в конечном счете совпадают. С одной стороны, чувствительная материя есть реализация инобытия абсолютного (рационального) духа; с другой стороны, рациональное начало – это кульминация бесконечного диалектического процесса, при помощи которого чувствительная материя осознает сама себя.

Бытие и сознание тождественны. Все явления природы являются проявлениями единой бесконечной силы – силы раскрытия Божества. Впоследствии, как это будет показано ниже, следы этой причудливой онтологии можно отыскать и в творчестве Майкла Фарадея.

Как типичный математик, Андре-Мари Ампер не слишком утруждал себя поисками новой физической онтологии, но зато он немало потрудился, совершенствуя и сравнивая между собой онтологии старые. 25 сентября 1820 г., продолжая опыты Эрстеда, Ампер сообщил от открытии взаимного притяжения и отталкивания двух замыкающих проводов. Это открытие лишало явления магнетизма их обособленности, коренившейся якобы в существовании некоей магнитной субстанции, сосредоточенной в магните. Опыты Ампера были продолжены в исследованиях Араго, который в 1824 г. продемонстрировал, что «замыкающий провод батареи» притягивает железные опилки подобно тому, как это наблюдается в случае магнита. Ампера можно считать родоначальником редукционистской исследовательской программы в электродинамике: он все-таки нашел путь сведения эрстедовских круговых сил к обычным механическим центральным силам, изменяющимся по закону квадрата расстояния между силовыми центрами. Одним из элементов его позитивной эвристики было утверждение, согласно которому существуют молекулярные токи, представляющие собой токи электрические, циркулирующие внутри магнитных веществ. Этот аспект его позитивной эвристики сыграл немалую роль в перестройке «физической идеологии» (И. С. Шапиро) того времени. Магнитная субстанция в глазах общественного мнения перестала быть обязательной (Whittaker, 1910).

Незря Максвелл называл его «Ньютоном электричества». И Исаак Ньютон, и Андре-Мари Ампер полагали, что все фундаментальные взаимодействия в природе (гравитационные силы у Ньютона и электромагнитные – у Ампера) опосредованы такой промежуточной субстанцией как «эфир». Ампер рассматривал эфирную субстанцию как состоящую из комбинации позитивного и негативного электрического флюидов; при этом он весьма проницательно полагал, что такого рода эфир участвует в распространении как оптических, так и электрических (а, следовательно – и магнитных), а также тепловых явлений.

Майкл Фарадей, не получив ни высшего, ни даже полноценного среднего образования (ушел из школы в девятилетнем возрасте из-за конфликта с учительницей), оставался до конца своих дней самоучкой, пытавшимся разобраться во всем (включая и сложнейшие метафизические вопросы) самостоятельно. Для его философских воззрений характерно гармоничное соединение истовой («сандаманианской») религиозности, являвшейся во многом наследием семейных традиций, с упорным скепсисом «человека из народа», сына кузнеца по отношению к «господской культуре». В этом плане показательны его запутаннейшие отношения с покровителем – притеснителем, защитником-обидчиком сэром Гемфри Дэви и его амбициозной супругой, неоднократно пытавшейся превратить компаньона по путешествиям по западноевропейским странам в лакея. Или – скандальный спор с Волластоном по проблемам приоритета открытия явления электромагнитной индукции.

Будучи сотворенной Одним Создателем, Природа является единым целым. В ней все взаимосвязано. Относительно действующих в природе сил мы можем сказать, что все они переходят друг в друга, но ни одна не является конечной причиной других. В конце концов, «наши разногласия – лишь споры о словах, поскольку природа всегда одна и та же» (цит. по: Dr. Bence Jones, 1870, p. 310). Лекции для юношества, прочитанные в 1835 г., Фарадей закончил констатацией того, что «мы ничего не знаем о природе электричества – является ли оно материей, силой, вибрацией или еще чем-то другим» (цит. по: Dr. Bence Jones, 1870, vol. 2, p. 69).

Поэтому Фарадей с нескрываемым скепсисом относился к атомной гипотезе, утверждая, что мы ничего не знаем о материи за пределами ее сил; наши непосредственные ощущения ничего о ней не говорят. Открытие Фарадеем связи света с магнетизмом (1845) привело к написанию им небольшой, но исключительно плодотворной для дальнейшего развития физики работы под названием «Размышления о вибрациях световых лучей» (Фарадей, 1846), на которую неоднократно ссылался Максвелл. Понятно почему: в этой работе содержится набросок электромагнитной теории света.

Рассматривая природу весомых тел, Фарадей приходит к выводу о том, что каждый атом является не чем иным как полем сил – электрических, магнитных и гравитационных – которые окружают точечный центр. Все пространство вокруг такого атома оказывается пронизанным силовыми линиями. А свет и тепловое излучение представляют собой поперечные колебания распространяющиеся вдоль световых линий. И если даже мы допустим существование светоносного эфира, то должны признать, что он является проводником магнитных сил. Как Фарадей писал в 1851 г., «весьма вероятно, что уж если эфир и существует, то он должен иметь и другие применения чем простая передача излучения». Также важно для нашего изложения утверждение одного из биографов Фарадея – доктора Бенса Джонса – о том, что (в одной из своих записных книжек) Фарадей высказал предположение о том, что скорость распространения магнитных взаимодействий – по порядку величины – совпадает со скоростью света.

Точка зрения Фарадея – это воззрения хорватского иезуита о. Роджера Бошковича (1711—1787): атомы – это материальные точки, т.н. «центры сил». С этой точки зрения, Лейбниц был прав, утверждая, что силы более фундаментальны, чем материя. Поэтому в конце традиционной пятничной лекции в Королевском Институте Фарадей «высказал спекулятивное утверждение, которое он долго вынашивал в себе, но которое все крепло в его сознании, что возможно все те вибрации, при помощи которых такие излучения как свет и тепло передают свои силы в окружающем пространстве, – это колебания не эфира, а силовых линий, которые соединяют друг с другом наиболее отдаленные части материи… таким образом, я намереваюсь низложить эфир» (цит. по: Dr. Bence Jones, 1870, p. 227).

Итак, согласно Фарадею, эфир не существует; существуют только гравитационные, электрические и магнитные силовые линии, пронизывающие пустое пространство. Свет – поперечные колебания световых линий.

Поэтому часто встречающиеся утверждения о том, что с самого начала исследования Фарадея противопоставлялись им немецким и французским теориям «действия на расстоянии» во многом основаны на недоразумении. На самом деле Фарадей рассматривал взаимодействие посредством силовых линий как прямое действие на расстоянии, поскольку в передаче сил от одной точки к другой никакая материя не участвовала. Действительно, в этом случае эта передача сил занимала некоторое время, но отнюдь не из-за какого-то промежуточного вещества или эфира. Причиной запаздывания была физическая природа силовых линий. В итоге, фарадеевское понятие силовых линий изменило традиционную дихотомию между прямым действием и действием, опосредованным веществом (Darrigol, 2001).

Недаром во введении к своему шедевру – «Динамической теории электромагнитного поля» (1864), в котором он получил, наконец, свои уравнения математически безукоризненным способом, во многом свободным от сомнительных «модельных» допущений, Максвелл подчеркивает: «Концепция распространения поперечных магнитных возмущений с исключением продольных определенно проводится проф. Фарадеем в его «Мыслях о лучевых вибрациях» (Phil.Mag., май 1846) .Электромагнитная теория света в том виде, в каком она предложена им, является такой же по существу, как и та, которую я развиваю в настоящем докладе, за исключением того, что в 1846 г. не имелось данных для расчета скорости распространения» (Максвелл, [1846], 1953, С. 263).

Тяжеловесный фарадеевский аппарат «силовых линий» и /или соответствующих «напряжений и натяжений в эфире» представлялся большинству его современников зыбким и неуклюжим, особенно в сравнении с точными и математически элегантными теориями действия на расстоянии. Поэтому теория поля развивалась весьма слабо и медленно до тех пор, пока в середине 1840-х гг. в игру не вступил Уильям Томсон. Именно Томсону принадлежала ключевая идея об аналогии между электромагнитными процессами и гидродинамическими явлениями. В частности, т.н. «эффект Фарадея» (1845) – вращение плоскости поляризации света в сильном магнитном поле – Томсон объяснил исходя из предположения, что магнитное поле заполнено крошечными «молекулярными вихрями», вращающимися вдоль силовых линий. Эти крошечные вихри могли отдавать часть своей вращательной энергии световым волнам.

Друг и наставник шотландца Джеймса Максвелла – ирландец Уильям Томсон – был старше его на 9 лет. Томсон уже при жизни добился всех возможных чинов и званий и был за свои заслуги перед наукой удостоен звания лорда (лорд Кельвин). Он и при жизни считался, и до сих пор считается патриархом классической (викторианской) физики XIX в. Его ультрамеханистическое мировоззрение слишком хорошо известно для того, чтобы нуждаться в комментариях. Томсоновский подход значительно отличался от фарадеевского, поскольку Томсон истово верил в механический эфир, в котором фарадеевские силовые линии представляли собой натяжения и напряжения этой механической среды. Томсону принадлежит следующий знаменитый девиз: «я никогда не буду удовлетворен познанием какой-либо вещи до тех пор, пока не создам ее механическую модель. Если я могу сделать механическую модель, я могу это понять. Если я не могу создать механическую модель явления, я его не понимаю; вот почему я не могу принять электромагнитную теорию».

Другое его высказывание (обращение к членам британской ассоциации по содействию развитию науки, 1900) не менее известно: «сейчас в физике больше нечего открывать. Все, что нам осталось – проводить все более и более точные измерения».

В авторитетной энциклопедии классической физики – «Трактате о Натуральной Философии» (1882), написанной вместе с другим другом и коллегой Максвелла – шотландцем Питером Тэтом – глава «Динамические законы и принципы» начинается с утверждения о том, что «мы не можем в самом начале изложения выбрать лучший путь, чем возможно более тщательное следование Ньютону. В самом деле, введение в «Математические начала натуральной философии» содержит в предельно ясном виде общие основания Динамики. Изложенные там и относящиеся к движению дефиниции и аксиомы требуют только небольших разъяснений и дополнительных иллюстраций, предложенных последующими достижениями, для того, чтобы привести их в соответствие с современными достижениями науки; мы получим тем самым гораздо более совершенное введение в динамику, чем даже некоторые самые лучшие современные трактаты» (Томсон и Тэт, 1882, p. 219).

Неслучайно, что когда Максвелл писал рецензию на фундаментальный труд своих друзей, результаты которого он плодотворно использовал в своих работах (см., например, IV главу данной работы), он все же вынужден был подвергнуть критике, как чрезмерно вульгарно-материалистическое, их определение массы. Он отмечал, с высоты своего кантовского априоризма, что «материя никогда не воспринимается чувствами непосредственно» (Mahon, 2003, p. 25).

Согласно Максвеллу, материя как субстанциональное вещество как раз и была тем «неизвестным субстратом, против которого Беркли направлял свои критические аргументы». В этом смысле материя – это предполагаемая возможность наших ощущений, но как «вещь в себе» она непознаваема. Как теоретическое понятие, материя аналогична такому математическому идеальному объекту, как «прямая линия» (Morrison, 2000, p. 101).

Именно своему старшему товарищу и наставнику Уильяму Томсону юный Максвелл, только что окончивший кембриджский университет, сообщил в письме в феврале 1854 г. о своих намерениях «атаковать электрическую науку». Томсон возглавил гонку по созданию механических моделей эфира, опубликовав в 1846 г. классическую работу, в которой выявлялась аналогия между электрическими явлениями и эластичностью упругой среды, заполнявшей все пространство. Для этого он исследовал состояние равновесия в несжимаемом эластичном твердом веществе и показал, что распределение в пространстве вектора, описывающего эластические смещения, похоже на распределение электрической силы в электростатической системе.

Но было одно радикальнейшее отличие подходов Максвелла и Томсона к механическим моделям эфира. Томсон понимал эти модели буквально: как описание того, что в действительности происходит в пространстве. Поэтому, в частности, он никогда и не принял максвелловское понятие тока смещения. (Это, впрочем, никак его не умаляет, поскольку даже Гельмгольц признал это понятие через много лет после максвелловской статьи 1861 г.). В частности, в 1888 г. Томсон охарактеризовал ток смещения как «любопытную и изобретательную, но в целом несостоятельную гипотезу».

А в 1905 г. лорд Кельвин опубликовал статью, в которой подвел печальный итог попыткам построить вихревую модель эфира.

«Теперь мне ясно, что любое движение в конечной области бесконечной несжимаемой жидкости рано или поздно должно закончиться диссипацией… После многолетних неудач в доказательстве стабильности гельмгольцева круглого кольца, я пришел к выводу о том, что оно существенно нестабильно, и его судьба – рассеяться в окружающем пространстве» (Thomson, 1905, p. 565).

Мировоззрение Максвелла резко отличается от взглядов упомянутых выше исследователей прежде всего несопоставимо более высоким уровнем философской культуры, подчеркнутой ориентацией на взгляды Канта критического периода. Несомненно, что его источником были лекции по философии, читавшиеся ведущим шотландским философом того времени, заведующим кафедрой моральной философии эдинбургского университета сэром Уильямом Гамильтоном (1788—1856). Гамильтон был одним из представителей шотландской философии «здравого смысла», наследником традиции Томаса Рида и Дугалда Стюарта. Но его «философия обусловленного» носила явно кантианский оттенок.

Подобно Канту, он полагал, что мы можем обладать достоверным знанием только об «относительных проявлениях вещей, и именно наша глубочайшая мудрость состоит в признании того, что сами эти вещи находятся за пределами достижимости философии». Но, в отличие от Канта, он развивал основные положения «естественного реализма» в традициях школы Томаса Рида. При этом многие его критики – и в частности Джон Стюарт Милль, посвятивший его философии целую книгу, – полагали, что гамильтоновский релятивизм плохо согласуется с ридовским реализмом. Но для Гамильтона согласование этих действительно значительно отличающихся друг от друга позиций было возможно на основе некоей разновидности интуиционизма, выделяющего определенные состояния сознания как одновременно примитивные и лежащие вне сферы понимания, «являющиеся в меньшей мере когнитивными актами чем верованиями» (цит. по: Audi, 1999, p. 360).

Основы шотландской философии здравого смысла была заложены преподобным Томасом Ридом (1710– 1796) в конце XVIII в. Ее исток – жесткая критика скептицизма другого шотландского философа – Давида Юма (1711—1776), автора «Трактата о человеческом познании» (3 тт., 1739—1740). Концентрируясь на анализе «восприятий» – тех объектов, которые непосредственно присутствуют в сознании, Юм подразделял их на две группы – «впечатления» и «идеи». Суть его концепции состояла в утверждении о том, что впечатления (которые также в свою очередь подразделяются на элементы чувственного и рефлексивного порядков) гораздо сильнее и «живее» идей; идеи всегда каузально зависят от впечатлений.

Именно против этого положения и следовавших из него скептических выводов и была направлена критика Рида. В главном труде «Исследование человеческого сознания, исходящее из принципов здравого смысла» (1764) он усматривал истоки юмовского скептицизма в тезисе Декарта, разделявшимся также и Джоном Локком, согласно которому мы не воспринимаем объекты внешнего мира непосредственно; непосредственный объект восприятия всегда находится в сознании. Против этой точки зрения он выдвигал возражение, согласно которому восприятие включает как ощущения, так и некоторые интуитивные общие истины или принципы, дающие вместе знание объектов внешнего мира. Он также настаивал на том, что существуют также и другие данные нам интуитивно общие принципы, включающие моральные принципы, доступные всем людям. В итоге он заключал, что если какие-либо философские аргументы ведут к следствиям, которые противоречат здравому смыслу, то тем хуже для аргументов.

Согласно Риду, юмовские умозаключения абсурдны потому, что они противоречат утверждениям о существовании как нашего тела, так и нашего сознания. Источник этого ошибочного вывода – юмовский тезис о том, что идеи – это «выцветшие впечатления ощущений». Ощущения – это не свойства материальных вещей, и тем более не сами вещи.

Отрицая юмовский скептицизм, Гамильтон колебался между релятивизмом Канта и реализмом Рида, и именно это обстоятельство и отметил Максвелл в качестве основного пункта своей собственной метафизической программы – «прочтение кантовской «Критики чистого разума» под углом согласования ее с сэром Уильямом Гамильтоном». Более подробное изложение основных пунктов этой программы дают две философские в своей основе работы Максвелла – эссе «Об аналогиях», прочитанное на заседании кембриджского «Клуба Апостолов» в 1856 г., после публикации самой фундаментальной в мировоззренческом и методологическом отношениях статьи Максвелла «О фарадеевских линиях сил» (1855—1856) и гораздо более поздняя статья «Гельмгольц».

Эпистемология Максвелла исходит из Канта, согласно которому «непонятно, каким образом созерцание присутствующей вещи позволяет мне познать, какова она сама по себе: не могут же ее свойства переселиться в мою способность представления» (Кант, [1783], 2006, С. 171).

На самом деле нам действительно даны вещи как вне нас находящиеся предметы наших чувств. Но о том, каковы они сами по себе, мы ничего не знаем, а «знаем только их явления, т.е. представления, которые они в нас производят, воздействуя на наши чувства» (там же, С. 177).

Опыт хотя и учит меня тому, что существует и как оно существует, никогда не научает тому, что это необходимо, должно быть так, а не иначе; опыт никогда не даст познания вещей самих по себе. Тем не менее мы «действительно обладаем чистым естествознанием», поскольку среди положений общей физики есть такие, которые обладают требуемой всеобщностью:

субстанция сохраняется и постоянна;

все, что происходит, всегда заранее определено некоторой причиной по постоянным законам и т.д.

Указанные основоположения относятся не прямо к явлениям и связи между ними, а к возможности опыта, для которого явления составляют только материю, а не форму. Явления как одни лишь созерцания, занимающие часть пространства и времени, подпадают под понятия величины, соединяющее их многообразие (содержание) синтетически a priori по правилам. Поскольку восприятие содержит, кроме созерцания, также и ощущение, между которым и нулем, т.е. полным его исчезновением, всегда имеет место переход путем уменьшения, то реальное в явлении должно иметь степень. Хотя ощущение как качество эмпирического созерцания никогда нельзя познать a priori, однако как величину восприятия его можно отличить по степени в возможном опыте от всякого другого однородного ощущения. Именно это делает возможным и определяет применение математики к природе.

Суть «коперниканской революции», которую только начал (но не завершил) в эпистемологии Кант, состоит в том, что мир повседневного, обычного опыта («жизненный мир», lebenswelt, как скажет впоследствии Э. Гуссерль), утрачивал право быть исходной точкой отсчета в истолковании чувственно-воспринимаемых вещей. У Канта мир привычного опыта заменяется галилеевской экспериментально-математической физикой, в основе которой лежит идеализация, абстрагирование от «жизненного мира». Поэтому истина уже не есть нечто непосредственное, себя являемое и раскрываемое, но результат постижения с помощью определенного метода.

С другой стороны, коль скоро истина постигается в опыте, и мы познаем не столько вещи сами по себе, сколько феномены, необходимо отказаться от допущения реализуемой возможности абсолютного знания. «Являемость вещей в опыте» заключает в себе истинно-сущностный характер (подробнее см.: Сергеев, 2006, С. 101). Феномены не есть просто сущностные явления, сквозь которые проглядывает так или иначе замутненная сущность; они есть прежде всего сущее в своем собственном состоянии. Феномены человеческого опыта заключают в себе всю полноту постигаемой достоверности.

Особое место в процессе познания занимают т.н. «аналогии опыта». Они, согласно Канту, в отличие от основоположений о применении математики к естествознанию, касаются не порождения созерцаний, а связи их существования в опыте, не синтетического единства в связи вещей самих по себе, но лишь восприятий. «…Познание по аналогии… не означает, как обычно понимают это слово, несовершенного сходства двух вещей, а означает совершенно сходство двух отношений между совершенно несходными вещами. Так, можно провести аналогию между правовым отношением человеческих поступков и механическим отношением движущих сил; я никогда не могу сделать что-то другому, не предоставив ему права сделать мне при тех же условиях то же самое, точно так же как ни одно тело не может действовать своей движущей силой на другое тело, не вызывая при этом его противодействия. Здесь право и движущая сила – вещи совершенно несходные, но их отношения совершенно сходны между собой» (Кант, [1783], 2006, С. 236—237).

Более детально, в «Критике чистого разума», рассматривая три аналогии опыта, которые суть не что иное, как принципы определения существований во времени согласно всем трем его модусам, Кант отмечает, что если понятие предшествует восприятию, то это означает лишь возможность его, и только восприятие, дающее материал для понятия, есть единственный признак действительности.

«Однако если вещь находится в связи с некоторыми восприятиями согласно принципам их эмпирического связывания (согласно аналогиям [опыта]), то существование ее можно познать также и до восприятия ее, стало быть, до некоторой степени a priori. В этом случае существование вещи все же связано с нашими восприятиями в возможном опыте, и мы можем дойти от своих действительных восприятий до вещи через ряд возможных восприятий, руководствуясь упомянутыми аналогиями [опыта]. Так, воспринимая притягиваемые железные опилки, мы познаем существование проникающей все тела магнитной материи, хотя непосредственное восприятие этого вещества для нас из-за устройства наших органов невозможно» (Кант [1887], С. 222).

Для нашего изложения важно то, что даже пример работы принципов аналогии в научном познании Кант приводит из области магнитных явлений, как бы прямо указывая дорогу Максвеллу.

Последний неоднократно подчеркивал, что вещи, которые мы можем измерить непосредственно – скажем, разнообразные механические силы, – являются лишь внешними проявлениями тех более глубоких процессов (скажем, напряженности электромагнитного поля), которые лежат за пределами достижимости нашей способности к созданию зрительных образов (Mahon, 2003). И главная философская статья Максвелла – эссе «Существуют ли действительные аналогии в природе?», написанное в 1856 г. – «вышла» из «Критики чистого разума». И не только это философское эссе. Влияние Канта ощущается и в конкретно-научных произведениях Максвелла. Так, в максвелловской книге «Материя и движение» (1876) утверждается, что «механические науки рассматривают движение материи просто как материи, и основаны на фундаментальных идеях силы и массы без какой-либо апелляции к экспериментальным измерениям» (цит. по Campbell&Garnett, 1882, p. 421).

Эссе «Существуют ли действительные аналогии в природе?» представляет собой перекличку с теми частями творчества Канта, которые посвящены аналогиям. Но это – не ученическое воспроизведение «Критики чистого разума» и разъясняющих ее основные положения «Пролегомен», а напряженный спор Максвелла с «Кантом в самом себе». Не случайно сам заголовок статьи сформулирован не в виде утверждения, а в виде вопроса: «Существуют ли действительные аналогии в природе?»

В самом деле, «должны ли мы заключить, что все различные области природы, в которых существуют аналогичные законы, действительно связаны друг с другом; или же, что подобное их соотношение – лишь кажимость, обязанная своим существованием необходимым условиям (курсив мой – РМН) человеческого разума?» – Максвелл не дает однозначного ответа на сформулированный в заголовке эссе вопрос, приводя аргументы как pro, так и contra – в полном соответствии с кантовскими антиномиями, которые, как известно, возникают при попытках разума выйти за пределы опыта.

Действительно, с одной стороны, «касательно пространства и времени, любой Вам скажет, что сейчас «твердо установлено и общепризнано, что они – лишь модификации состояний нашего сознания’. У нас нет никаких оснований полагать, на основании данной в нашем сознании смены обычных ощущений, что отличия в положениях, также как в порядках возникновения, существуют среди причин этих ощущений» (цит. по: Campbell & Garrett, 1882, p. 121).

С другой стороны, все мы убеждены в том, что разные объекты сосуществуют в один и тот же момент времени, а также в том, что один и тот же объект существует в разные моменты времени.

«Когда мы утверждаем, что пространство трехмерно, мы не только выражаем тем самым невозможность предсавления четвертого измерения, но утверждаем объективную истину, согласно которой точки пространства могут отличаться друг от друга за счет независимого изменения трех переменных. Поэтому в данном случае мы имеем реальную аналогию между устройством интеллекта и внешним миром» (цит. по: Campbell & Garnett, 1882, p. 121).

Далее, с одной стороны, мы видим в расходящемся веере физических следствий какого-либо события не только способность образования его истинного образа, но также его обратного влияния на агента, или непосредственно или через промежуточные инстанции, так что похоже мы схватили идею необходимого возмездия как легитимного следствия всех моральных поступков.

С другой стороны, эта идея необходимого реагирования следствия поступка выведена только из небольшого количества случаев, для которых мы угадали подобный закон среди необходимых законов Вселенной. Но у нас есть идея справедливости, гораздо более отчетливая и ясная, выведенная из тех законов, которые мы с необходимостью рассматриваем как высшие. Так что идею возмездия мы в большей мере связываем с идеей справедливости, чем с идеей причины и следствия.

Более того, с одной стороны, явления природы, будучи различными изменениями движения, могут отличаться друг от друга только по сложности. Поэтому единственный путь изучения природы – сначала выработать простые фундаментальные законы движения, а уже затем проверить, насколько эти законы должны быть усложнены для того, чтобы получить истинные картины Вселенной. Если этот подход правилен, то мы должны искать следы этих фундаментальных законов во всех разделах науки, и не в последнюю очередь среди тех продуктов органической жизни, которые являются результатами церебрации (обычно называемой «мышлением»). В этом случае, само собой разумеется, что сходства между законами различных классов явлений едва ли можно назвать аналогиями, поскольку это – всего лишь преобразованные идентичности.

Но если же, с другой стороны, «мы начнем с изучения законов мышления (абстрактных законов, а не физиологических законов логики), то эти явные аналогии станут всего лишь повторениями определенных необходимых моделей действия, к которым склонны наши сознания» (цит. по: Campbell & Garnett, 1882, p. 123).

Конечно же, это мышление в кантовских антиномиях неслучайно. Мы уже отмечали, что еще только приступая к занятиям в Кембридже и намечая как всегда обширную программу будущих исследований, Максвелл под пунктом 4 наметил «переработку системы Канта под углом зрения философии Уильяма Гамильтона». Учитывая то, что философия последнего создавалась в рамках шотландской философии здравого смысла, основанной на ридовском реализме, можно заключить, что Максвелл, как всегда, намеревался найти свой собственный путь – на этот раз между Сциллой кантовского априоризма и Харибдой шотландского реализма, основанного на здравом смысле. Эта попытка тем более казалась возможной в силу того, что оба направления исходили из жесткой критики скептицизма Давида Юма.

Для шотландской школы характерно принятие следующих положений (подробнее см.: Mertz, 1964; Olson, 1975).

(1) Все наши знания относительно истинны.

(2) Среди всех наших относительных знаний аналогии и модели занимают особое место.

(3) Это место аналогии и модели занимают по психологическим причинам. Для большинства исследователей понимание явлений природы требует использование моделей для «упрощения и организации знания».

Вообще для всей шотландской традиции характерны сильные психологические тенденции, которые в принципе допускают совмещение с логико-аналитическими традициями кантианства, что и имело место в случае максвелловской методологии.

Влияние шотландской философской традиции на кантианца Максвелла может быть четче выделено и точнее оценено при сопоставлении со взглядами другого кантианца, на которого работы шотландцев не оказали столь значительного влияния. Этим мыслителем, с которым Максвелл не мог не соразмерять свои работы, был ректор того кембриджского колледжа, который Максвелл закончил и в котором учился в аспирантуре. Речь идет о ректоре Тринити Колледжа Уильяме Уэвелле (1794—1866), английском ученом-энциклопедисте, физике и философе, консультанте Майкла Фарадея и Чарлза Дарвина, авторе классических монографий «История индуктивных наук» (1840) и «Философия индуктивных наук» (1847).

Несмотря на то, что Уильям Уэвелл по праву считается кантианцем, он по многим вопросам занимал по отношению к Канту независимую позицию, отмежевываясь от крайностей немецкого идеализма, как, впрочем, и от ультра-эмпиризма его британских оппонентов, включая Джона Стюарта Милля. (Неслучайно в XX в. интерес к творчеству Уэвелла возрос после разочарования в логическом эмпиризме).

В основе эпистемологии Уэвелла лежит утверждение о том, что все человеческое знание обладает двумя измерениями – «субъективным» и «объективным». В этом состоит «фундаментальная противоположность» (Fundamental Antithesis) всей философии: « в каждом акте знания … имеются два противоположных элемента, которые мы может называть Идеями и Восприятиями» (Whewell, 1847, том 1, p. 17). Мы видим, слышим и трогаем внешние вещи, но воспринимая их нашими органами чувств, мы связываем наши впечатления в соответствии с Идеями пространства, времени, числа, причины и т.д. При этом не только «каждое из этих измерений находится в конфликте с другим; но каждое изменяет и формирует другое» (Whewell, 1847, vol. 1, p. XI).

Таким образом, в процессе совершенствования процесса познания человеком мира две исходные противоположности постоянно взаимодействуют друг с другом. Поэтому, с одной стороны, «прогресс науки состоит в аккумулировании и комбинации фактов» (Whewell, 1847, vol. 2,p. 22), а с другой – «мы устанавливаем точные связи между явлениями, данными нам в опыте; знание этих связей, накопленное и систематизированное, и есть Наука» (Whewell, 1847, vol. 2, p. 36).

К проявлениям фундаментальной противоположности, получившей «большую известность в работах современных германских философов», относятся и противоположности между Необходимой и Экспериментальной Истинами, между Дедукцией и Индукцией, а также между Теорией и Фактом.

Уэвелл подвергает обоснованной критике Канта и всех немецких идеалистов (Фихте, Шеллинга и Гегеля) за чрезмерное выпячивание значения идеальной или субъективной компоненты, а Локка и все сенсуалистское направление – за преувеличение эмпирической, объективной компоненты. Подобно своему предшественнику по Тринити Колледжу – Фрэнсису Бэкону – Уэвелл выбирает «третий», промежуточный путь между Сциллой чистого рационализма и Харибдой ультра-эмпиризма. Как мы покажем в дальнейшем, это стремление к нахождению разумных компромиссов между крайними позициями будет характерно и для его ученика Максвелла.

Содержание рациональной компоненты знания – т. е. «Фундаментальных Идей» – обеспечивается разумом самим по себе; Фундаментальные Идеи не формируются в процессе наблюдения внешнего мира. Поэтому человеческий разум является активным участником процесса познания, но отнюдь не пассивным созерцателем показаний наших органов чувств. В дальнейшем мы покажем, что этот тезис об активной роли человеческого разума в процессе познания будет положен Максвеллом в основу собственной методологии.

Такие идеи как Пространство, Время, Причина и Сходство функционируют в качестве структур или форм, упорядочивающих многообразие данных опыта. Фундаментальные Идеи – это структуры, отражающие общие отношения между нашими ощущениями (1847, vol. 1, p. 25).

Каждое наблюдение «идейно нагружено»: оно включает «бессознательный вывод», использующий Фундаментальные Идеи. В основе каждой естественной науки лежит своя собственная Фундаментальная Идея, необходимая для организации фактов из ее области. В частности, идея Пространства лежит в основании геометрии, Причины – в основании механики, и т.д. При этом каждая Фундаментальная Идея содержит в себе вспомогательные идеи более мелкого калибра (т.н. «концепции»), предназначенные для применения к частным случаям. Например, Идея Силы является модификацией Идеи Причины, примененной к частному случаю механического перемещения.