П. Дюгем . Физика качества 52

П. Дюгем.

Физика качества52

Попытка свести к фигуре и движению все свойства тел кажется химерической затеей или потому, что такое сведение может быть получено ценою подавляющих наше воображение усложнений, или даже потому, что оно оказывается в противоречии с природой материальных вещей.

Мы должны поэтому ввести в нашу физику нечто иное, чем те, чисто количественные, элементы, которыми оперирует геометрия, мы должны признать, что материя имеет качества. Мы вынуждены – даже с риском услышать упреки в возвращении к скрытым свойствам – рассматривать, как первое и несводимое качество, то, в силу чего некоторое тело тепло, или светло, или наэлектризовано, или намагничено. Словом, мы должны отказаться от беспрерывно возобновлявшихся со времен Декарта попыток и связать наши теории с наиболее существенными понятиями перипатетической физики.

Но не скомпрометирует ли это возвращение вспять всю колоссальную систему, созданную физиками с тех пор, как они сбросили иго схоластики? Не будут ли забыты, благодаря этому, плодотворнейшие методы современной науки?

Физики, убежденные, что все в телесной природе сводится к фигуре и движению, как их представляют себе геометры, убежденные, что все в ней носит чисто количественный характер, ввели повсюду меру и число. Всякое свойство тел стало в их руках величиной; всякий закон – алгебраической формулой; всякая теория – логической связью теорем. Поражая своей строгостью, точностью, величественным единством, физика была той «универсальной математикой», о которой мечтал Декарт. И вот эту-то совершенную форму – столь удобную и столь прекрасную в то же время – нам придется разбить? И мы должны будем отказаться при наших дедукциях от чудесного, могущественного содействия числовых символов? И мы примиримся с туманными спорами, темными и запутанными логомахиями, которые составляли науку о природе до тех пор, пока ученые не стали пользоваться алгебраическим языком? И мы станем подвергать себя всем тем насмешкам, которые дискредитировали космологию схоластики? – Вряд ли найдется физик, который согласился бы на подобное отступление назад.

Но дело в том, что такие жертвы и не нужны. Отказ от механистических объяснений не влечет за собой непременно отказа от математической физики.

Число, как известно, может служить для изображения различных состояний какой-нибудь величины, обладающей свойством аддитивности. Переход от величины к изображающему его числу составляет собственно измерение. Но число может служить также репером для определения различных интенсивностей какого-нибудь качества. Это расширение понятия об измерении, это употребление числа как символа не количественной вещи, вероятно, удивило бы и скандализировало бы перипатетиков древности. В этом и заключается наиболее бесспорный успех, наиболее решительная победа, которой мы обязаны физикам XVII века и их продолжателям. В своей попытке подставить повсюду на место качества количество они потерпели неудачу. Но их усилия не были тщетны, ибо они установили следующую, неизмеримо важную, истину; возможно рассуждать о физических качествах на языке алгебры.

Мы покажем на каком-нибудь примере, как происходит этот переход от качества к количеству.

Благодаря ощущению теплоты, испытываемому нами при прикосновении к различным частям какого-нибудь тела, мы воспринимаем некоторое качество этого тела; мы и выражаем это, говоря, что рассматриваемое тело тепло. Два различных тела могут быть одинаково теплы; они обладают рассматриваемым качеством с одинаковой интенсивностью. Из двух тел одно может быть теплее другого: первое обладает рассматриваемым качеством с большей интенсивностью, чем второе.

Не углубляясь дальше в сущность природы качества, выражаемого прилагательным теплый, а главное, не пытаясь разложить его на количественные элементы, мы отлично можем себе представить, что каждое из его состояний, каждая его интенсивность будет отнесена к какому-нибудь определенному числу; мы можем далее себе представить, что два тела, одинаково теплые, будут характеризоваться одним и тем же числом, – что из двух тел неодинаковой теплоты более теплое будет характеризоваться большим числом. Выбранные таким образом числа будут градусами температуры.

Эти простые замечания показывают нам уже, как вместо того, чтобы рассуждать па обыкновенном языке о теплом, можно применить к градусам температуры символы алгебры. Вместо того, чтобы говорить, что некоторое тело так же тепло, более тепло или менее тепло, чем другое тело, мы будем писать, что первое имеет столько же, больше или меньше градусов температуры, чем второе.

Теперь мы понимаем, что можно изложить теорию, в которой будет говориться о теплом, не в виде философского трактата (на подобие тех схоластических рассуждений, куда так легко могли забраться всякого рода неясность и путаница), а в виде ряда алгебраических уравнений и неравенств, представляющих высшую, достижимую человеческим умом, степень ясности и точности.

Но одного употребления алгебраических знаков, с помощью которых мы могли бы трактовать о теплом ясно и точно, но вместе с тем абстрактно и обще, еще мало. Необходимо еще уметь переходить от наших абстрактных и общих положений к конкретным и частным истинам, необходимо, чтобы мы могли сравнивать следствия из наших теорий с данными опыта, ибо контроль опыта составляет для физической теории единственный критерий истины.

Этот переход от абстрактного к конкретному, от общего к частному был бы невозможен, если бы мы знали только, что каждой интенсивности теплоты некоторого тела можно отнести градус температуры и что градус этот поднимается вместе с ростом интенсивности. Необходима еще наличность известного практического правила, дающего нам численное значение градуса температуры некоторого, имеющегося у нас реально, тела, – необходимо, чтобы известный инструмент, соединенный определенным образом с телом, указывал бы этот градус. Математические формулы, в которых фигурирует буква Т, символ температуры, приобретают физический смысл лишь благодаря выбору термометра.

Употребление выбранного нами термометра подчинено известным правилам и условиям. Оно требует, например, чтобы температура испытуемого тела была однообразна, чтобы она оставалась постоянной в течение некоторого времени, чтобы она не была ни слишком высокой, ни слишком низкой. Указания даже наисовершеннейшего термометра не абсолютно точны, а приближенны; для двух разных, но очень близких между собою интенсивностей теплоты инструмент этот не дает двух отличимых друг от друга указаний; для некоторой определенной интенсивности теплоты он не дает одного единственного градуса температуры, но все градусы температуры, заключенные между двумя пределами, промежуток меж которыми ускользает от наших средств наблюдения.

Следовательно, с помощью термометра нельзя будет сравнить с опытом всех следствий из теории, но только некоторые из них; так, например, те, которые имеют отношение к температурам, меняющимся от одной точки к другой или от одного момента к другому, или те, которые касаются слишком теплых или слишком холодных тел, останутся вне прямого контроля фактов. Но и в тех случаях даже, когда сравнение будет возможно, оно не всегда будет абсолютно строго; его точность будет ограничена и будет зависеть от степени точности термометра. Тем не менее этот инструмент позволит нам перейти от абстрактных и общих положений, формулируемых теорией, к конкретным и частным суждениям, доставляемым опытом. Этот переход будет возможен в тем большем количестве случаев, чем шире станут условия закономерного применения термометра; и будет он производиться с тем большей уверенностью, чем точнее будет термометр. Благодаря определению и употреблению термометра теория получает физический смысл; ее можно начать проверять и применять.

То, что мы сказали касательно качества тел быть теплыми и касательно символического представления его с помощью числа, градуса температуры, то – mutatis mutandis – можно повторить относительно всех качеств, привлекающих внимание физика; относительно электризации, намагничения, диэлектрической поляризации, освещения53. Анализ фактов опыта ведет к образованию абстрактного понятия более или менее интенсивного качества; с этим качеством мы соединяем соответственный численный символ, значение которого тем больше, чем интенсивнее качество; это соответствие, возможность которого утверждается совершенно общим образом, оправдывается практически – для обширной категории случаев – путем употребления известного инструмента; с помощью этого инструмента мы определяем приблизительно численное значение символа, соответствующее данному фактически качеству. Если бы не было известного приема измерения, то определение физической величины, символизирующей некоторое качество, было бы неполно и лишено смысла. Только наличность этого приема делает возможным переход от общей и абстрактной алгебраической формулы, выражающей какой-нибудь закон теоретической физики, к конкретному и частному качественному факту, к которому хотят применить этот закон.

Эти принципы были развиты уже полвека тому назад Рэнкином54в малоизвестном небольшом очерке, в котором вскрыта истинная природа странной науки, называемой физикой, – экспериментальной науки о телесных качествах и в то же время науки, развивающейся в виде ряда алгебраических выкладок.

Математики эпохи научного возрождения упрекали схоластическую физику не только в отсутствии точности: этого можно было бы избежать при употреблении алгебраической символики. Они упрекали ее, главным образом, в том, что она создавала столько скрытых свойств, субстанциальных форм, симпатий и антипатий, сколько встречается в мир явлений, требующих объяснения. Они обвиняли ее также в том, что она выродилась в пустую логомахию, возбуждавшую своей напыщенной формой тщеславие у педантов и удивление у глупцов, но по существу не дававшую никакой пищи любознательным и здравомыслящим умам. Не следует, чтобы новая физика могла заслужить этот упрек.

Итак физика будет сводить теорию явлений, представляемых неодушевленной природой, к рассмотрению известного числа качеств; но она постарается сделать по возможности меньшим это число. Всякий раз, как представится какое-нибудь новое явление, она попытается во что бы то ни стало свести его к уже определенным качествам. Лишь после того, как она убедится в невозможности такого сведения, она примирится с необходимостью принять в своих теориях новое качество, ввести в свои уравнения новый вид переменных. Таким же точно образом и химик, открывший новое тело, пытается сперва разложить его на некоторые из уже известных элементов, и лишь тогда, когда он исчерпал все средства анализа, которыми располагают лаборатории, он решается прибавить новое название к списку простых тел.

Название простой дается какому-нибудь химическому веществу не в силу метафизического рассуждения, доказывающего, что оно неразложимо по природе; оно дается ему в силу факта, в силу того, что оно не поддавалось никаким попыткам разложения. Этот эпитет – сознание в бессилии; он не носит окончательного, бесповоротного характера; тело, простое нынче, перестанет быть им завтра, если какой-нибудь химик, более удачливый, чем его предшественники, сумеет разложить его; поташ и сода – для Лавуазье простые тела – стали после трудов Дэви сложными телами. То же самое можно сказать и о первых качествах, признаваемых нами в физике. Называя их первыми, мы вовсе не утверждаем тем, что они несводимы по природе. Мы просто сознаемся здесь, что мы не умеем свести их к более простым свойствам. Но это сведение, невозможное для нас нынче, может быть, завтра станет свершившимся фактом. Свет, например, представляется в начале оптики как первое качество; в тот – может быть, недалекий – день, когда окончательно восторжествует электромагнитная теория света, последний будет сведен к быстрым изменениям другого качества, диэлектрической поляризации; он потеряет свое достоинство первого качества.

Число признанных в физике первых качеств должно быть настолько мало, насколько это позволяют наши наличные знания, подобно тому, как число принятых в химии простых тел по возможности наименьшее (считаясь с доступными нам средствами анализа). Простых тел, по меньшей мер, штук восемьдесят, и их число непрерывно растет, благодаря открытию новых элементов. Не следует поэтому удивляться, если список первых качеств так длинен и если непрерывные открытия физиков от времени до времени еще удлиняют его прибавлением какого-нибудь нового качества.

Теории механистической физики выдавали себя за объяснения материального мира. Он воображали, что, диссекируя видимые качества, представляемые нам опытом, они вскрывают внутреннее строение тел и выявляют первопричину их свойств. Само собою разумеется, что у новой физики нет таких претензий. Когда она объявляет какое-нибудь свойство первым качеством, она делает, так сказать, акт скромности; она не претендует этим объяснять, она сознается в своем бессилии объяснять. Подставляя численный символ на место качества, обнаруживающегося в опыте, она не прибавляет никакого нового данного к данным опыта. Таким же точно образом и речь, выражая какую-нибудь идею, не обогащает содержания этой идеи. Выкладки насчет градуса температуры не сообщают нам по вопросу о внутренней природе качества, представляемого этим градусом, ничего такого, чего бы мы не знали из внимательного изучения наших ощущений или данных наблюдения. Новая математическая физика не думает проникнуть в познание телесных качеств глубже того, что раскрывает нам анализ фактов опыта. Словом, она – физика; она не философия природы, не космология, не ветвь метафизики.

Но если теоретическая физика отказывается от объяснения материального мира, то каковы ее роль и ее предмет? Формулы, подставляемые ею на место экспериментальных законов, будут выражать эти законы весьма точным и подробным образом. Показания инструментов позволят в каждом отдельном случае заменить буквы, фигурирующие в такой формуле, численными значениями, присущими свойствам изучаемых конкретных тел. Произведя эту подстановку, можно будет применить общий закон к частному случаю со строгостью, имеющей своим пределом только степень точности инструментов. Наконец, формулы эти будут сконденсированы в небольшом числе крайне общих принципов, откуда их можно будет вывести с помощью дедукций математического анализа и алгебраических выкладок. Логический порядок, в котором будут размещены тогда наши физические познания, сделает из них систему, которой можно будет удобно и уверенно пользоваться. Благодаря этому физик сумеет найти быстро, безошибочно и без пропуска все законы, от которых зависит решение данной проблемы.

Наши чувства воспринимают лишь поверхность вещей. То, что лежит под этой поверхностью, останется для нас, без сомнения, навсегда неизвестным. Если бы какой-нибудь высший интеллект захотел раскрыть нам эту скрытую сущность вещей, мы бы, вероятно, ее не поняли, а если бы мы и поняли ее, то мы не могли бы выразить и дать понять ее нашим ближним. Наконец, если бы мы и постигли сущность вещей, то это было бы для нас практически бесполезно, ибо наши средства действия, координированные с нашими средствами познавания, позволяют нам так же мало видоизменить сущность вещей, как и понять ее. Новая физика не будет ставить себе целью открыть нам эту сущность вещей; ее намерения скромнее и в то же время практичнее. Ее цель – помочь нашей деятельности овладеть миром материи, чтобы видоизменить его и подчинить нашим потребностям. Ее цель – в том, чтобы сделать более могущественными или более тонкими те орудия, с помощью которых мы воздействуем на тела, – в том, чтобы разнообразить эти орудия, приспособляя каждое из них наилучшим образом к предмету его, – наконец в том, чтобы методически классифицировать их, доставляя таким путем физику возможность схватить в каждый момент, без замедления и без нащупывания, то из них, которое нужно для его задачи.

Перевел П. Юшкевич

Данный текст является ознакомительным фрагментом.