Розділ «1.3 Загальнонаукові методи теоретичного пізнання»

У реальному експерименті доводиться враховувати реальні фізичні та інші обмеження щодо його проведення, неможливість у ряді випадків усунути негативний вплив зовнішніх чинників у ході проведення експерименту, спотворення одержаних результатів через зазначені причини. У цьому плані уявний експеримент має явні переваги над експериментом реальним. В уявному експерименті можна абстрагуватися від дії небажаних чинників, провівши його в ідеалізованому, "чистому" виді.

У науковому пізнанні бувають випадки, коли, досліджуючи деякі явища, ситуації, провести реальні експерименти взагалі неможливо. Цей пробіл у пізнанні може заповнити тільки уявний експеримент.

Наукова діяльність Галілея, Ньютона, Максвелла, Карно, Ейнштейна та інших учених, що заклали основи сучасного природознавства, свідчить про істотну роль уявного експерименту у формуванні теоретичних ідей. Історія розвитку фізики багата на факти використання уявних експериментів. Прикладом можуть бути уявні експерименти Галілея, які допомогли відкрити закон інерції.

Реальні експерименти, в яких неможливо було усунути фактор тертя, здавалося б, підтверджували концепцію Арістотеля, що панувала протягом тисячоліть. Вона стверджувала, що рухоме тіло зупиняється, якщо сила, що штовхає його, припиняє свою дію. Таке твердження ґрунтувалося на простій констатації фактів, які можна спостерігати в реальних експериментах (куля або візок, одержавши силовий вплив, котяться вже без нього по горизонтальній поверхні, а потім неминуче сповільнюють свій рух і, зрештою, зупиняються). У цих експериментах не вдавалося спостерігати рівномірний-безперервний рух за інерцією.

Галілей, проробивши в уяві зазначені експерименти з поетапною ідеалізацією поверхонь тертя й доведенням до повного вилучення тертя із взаємодії, спростував арістотелівську точку зору й зробив єдино правильний висновок. Цей висновок можна було отримати тільки за допомогою уявного експерименту. Таким чином було відкрито фундаментальний закон механіки руху."...Закон інерції, — писали А. Ейнштейн і Л. Інфельд, — не можна вивести безпосередньо з експерименту, його можна вивести умоглядно — за допомогою мислення, що спирається на спостереження. Цей експеримент ніколи не можна виконати в дійсності, хоч він і приводить до глибокого розуміння дійсних експериментів".

Результати уявних експериментів іноді можуть поставити перед наукою серйозні проблеми, розв'язати які непросто. Як цікавий приклад можна навести уявний експеримент Максвелла, що викликав сенсацію на початку 70-х років минулого століття. Цей уявний експеримент, описаний у його роботі "Теорія теплоти", ставив під сумнів друге начало термодинаміки. У своєму уявному експерименті Максвелл припустив існування особливої істоти — "демона", "...можливості якого настільки надзвичайні, що він може не тільки стежити за кожною молекулою на її шляху, а й робити те, що в даний час для нас є неможливим". "Припустимо, — писав Максвелл, — що маємо резервуар, розділений на дві частини А і В перегородкою з невеликим отвором, і що істота, яка може бачити окремі молекули, відкриває і закриває цей отвір так, щоб дати можливість тільки більш швидким молекулам перейти з А в В і тільки більш повільним перейти з В у А. Ця істота, таким чином, без виконання роботи підвищить температуру в В і знизить в А всупереч другому началу термодинаміки".

Бій із "демоном" Максвелла тривав протягом тривалого часу. Тільки у 20 столітті американські фізики Сцилард, Дімерс і Гейбор довели, що друге начало термодинаміки є вірним і що ніякого "вічного двигуна", навіть за допомогою "демона", побудувати не можна. Вони спроектували й розрахували машину-демона й переконалися, що така машина працювати буде, але потребує живлення за рахунок зовнішньої енергії. Причому витрати енергії на роботу такої машини виявляться більшими, ніж вихід енергії в результаті її діяльності. Пошук відповіді на питання, поставлене уявним експериментом Максвелла, був, безсумнівно, корисним і сприяв нагромадженню наукових знань.

Уявний експеримент може мати велику евристичну цінність, допомагаючи інтерпретувати нове знання, отримане виключно математичним шляхом. Це підтверджується багатьма прикладами з історії науки. Одним з таких прикладів б уявний експеримент В. Гейзенберга, що мав на меті пояснити співвідношення невизначеності. "У цьому уявному експерименті співвідношення невизначеності було встановлено завдяки абстрагуванню, що розділило цілісну структуру електрона на дві протилежності — хвилю й корпускулу. Тим самим збіг результату уявного експерименту з результатом, досягнутим математичним шляхом, став доказом об'єктивно існуючої суперечності, властивої електрону як цілісному матеріальному утворенню, і дав можливість зрозуміти це класично".

Однак незнання матеріалістичної діалектики створило для деяких вчених труднощі щодо правильного розуміння цього висновку. У результаті виникли численні дискусії з даного питання, особливо бурхливо вони розгорнулися на Сольвеєвських конгресах у 1927 і 1930 pp. У цих дискусіях, за свідченням їх учасників, величезну роль відіграли ідеалізовані уявні експерименти. У них, писав Гейзенберг, "подібні парадокси (протиріччя між хвильовими й корпускулярними уявленнями.) виявлялися особливо різко, і ми намагалися розгадати, яку відповідь на такі експерименти, можливо, дала 6 природа". Ці уявні експерименти полегшували розуміння нових наукових положень, допомагали обґрунтувати причини відмови від старих уявлень.

Метод ідеалізації, який в цілому є дуже плідним, має в той же час певні обмеження. Розвиток наукового пізнання змушує іноді відмовлятися від прийнятих раніше ідеалізованих уявлень. Так відбулося, наприклад, коли Ейнштейн створив спеціальну теорію відносності, з якої були виключені ньютонівські ідеалізації "абсолютного простору" та "абсолютного часу". Крім того, будь-яка ідеалізація обмежена конкретною областю явищ і придатна для вирішення тільки обмеженого кола проблем. Це добре ілюструє приклад описаної вище ідеалізації "абсолютно чорного тіла".

Сама по собі ідеалізація, хоч і може бути плідною, і навіть спроможна спонукати до наукового відкриття, не є ще достатньою підставою для того, щоб зробити це відкриття. У зазначеному випадку визначальну роль відіграють теоретичні установки, якими керується дослідник. Розглянута вище ідеалізація парової машини, вдало здійснена Саді Карно, привела його до відкриття механічного еквівалента теплоти, якого, однак, "...він не міг відкрити й побачити лише тому, — відзначав Ф. Енгельс, — що вірив у теплород. Цей приклад є також доказом шкідливості помилкових теорій".

Основне позитивне значення ідеалізації як методу наукового пізнання полягає в тому, що одержані завдяки ідеалізації теоретичні припущення дають можливість ефективно досліджувати реальні об'єкти та явища. Спрощення як результат ідеалізації полегшує створення теорії, допомагає розкрити закони досліджуваної області явищ матеріального світу. Якщо теорія в цілому правильно описує реальні явища, то ідеалізація, що лежить в її основі, є правочинною.

1.3.3 Формалізація. Мова науки

Під формалізацією слід розуміти особливий підхід у науковому пізнанні, який полягає у використанні спеціальної символіки. Це дозволяє абстрагуватися від вивчення реальних об'єктів, змісту теоретичних положень, що їх описують, й оперувати замість цього певною множиною символів (знаків).

Яскравим прикладом формалізації є поширені в науці математичні описи різних об'єктів, явищ, що ґрунтуються на відповідних змістових теоріях. При цьому використання математичної символіки не тільки допомагає закріпити вже існуючі знання про досліджувані об'єкти, явища, але й виступає своєрідним інструментом у процесі подальшого їх пізнання.

Для побудови будь-якої формальної системи необхідним є:

а) задання алфавіту, тобто певного набору знаків;

б) задання правил, відповідно до яких з вихідних знаків цього алфавіту можна отримати "слова", "формули";

в) задання правил, які дають можливість переходити від одних слів, формул даноїсистеми до інших слів і формул (так зване правило висновку).

У результаті виникає формальна знакова система у вигляді своєрідної штучної мови. Важливою перевагою цієї системи є можливість проведення в її рамках дослідження будь-якого об'єкта виключно формальним шляхом (оперування знаками) без прямої участі самого об'єкта.