3.9. Является ли эксперимент критерием истины или несколько слов о бритве Оккама

История с принципом эквивалентности как ни что иное поднимает давно назревший методологический вопрос. Можно ли вообще считать эксперимент критерием истины, как это принято делать в современной физике? Или же это неоднозначный метод, который не реже вводит в заблуждение, чем дает правильное понимание природы вещей?

Эксперимент в физике можно сравнить со своеобразным «зрением». «Зрением», позволяющим «видеть» положение дел и характер протекания процессов. Но даже эта простая аналогия с человеческим органом чувств указывает на обратную сторону экспериментального метода. Несмотря на всю важность зрения для человека мы знаем, что нередко видимая сторона дела сильно отличается от реального положения вещей. Людей, которые судят о делах только по внешнему виду, нередко считают ограниченными и недалекими. Потому что внешность обманчива!

Считается, что наука началась именно с экспериментального метода, когда Галилей и другие ученые противопоставили опытные данные абстрактным рассуждениям философов. Так возникла классическая механика да и физика вообще. С тех пор экспериментальная проверка всех теорий и принципов считается в физике основным необходимым и достаточным критерием истины. И этот подход не лишен логики.

Но давайте теперь посмотрим на ситуацию с другой стороны. Экспериментальные данные привели Галилея к представлению о принципе инерции, согласно которому предоставленное самому себе тело сохраняет состояние равномерного прямолинейного движения. А похожее поведение всех тел в каюте покоящегося и равномерно движущегося корабля явилось причиной появления принципа относительности. Согласно ему нельзя экспериментально различить состояние покоя и состояние равномерного прямолинейного движения. Чуть позже экспериментальные данные позволили Ньютону сделать выводы о равенстве инертной и тяжелой массы, что во многом явилось завершением идей Галилея о независимости ускорения свободного падения тела от его состава.

Все эти утверждения – результат многочисленных экспериментальных данных. Многократно проверенных, улучшенных и уточненных. Они составляют основной фундамент как классической, так и современной физики. И этот фундамент просто рассыпался у нас на глазах в нескольких предыдущих разделах. И все это очень нездоровый симптом всей известной физической методологии.

Как нам стало понятно, все перечисленные выше «фундаментальные» принципы, надежно подтвержденные экспериментально, оказались не более чем локальными земными правилами. В силу изложенных выше причин эти правила действительно неплохо выполняются в пределах Земли, о чем и свидетельствуют многочисленные экспериментальные данные. Но как только мы начинаем смотреть на наш Мир чуть шире, то получается, что предоставленное самому себе тело лишено смысла, а любой реальный объект участвует, по крайней мере, в глобальном взаимодействии. И его скорость даже при отсутствии всех сил, вообще говоря, не остается постоянной. Состояние покоя имеет смысл только по отношению к источникам полей и его можно отличить от состояния движения по отношению к ним. А инертная и гравитационная массы тела могут вообще иметь любое наперед заданное соотношение за счет вклада в инертную массу электрической компоненты.

Почему это случилось? Почему отшлифованный веками фундамент современной физики так легко дал трещины и просто развалился, увлекая за собой все здание? Должны ли мы теперь предъявить претензии экспериментальному методу или проблема в чем-то еще?

Похоже, что виной всему является даже не сам экспериментальный метод как таковой, а его переоцененное значение в рамках современной физической методологии и господствующего научного мировоззрения. Нет ничего плохого в том, чтобы начать изучение какой-то проблемы с обзора фактов и деталей. Или по мере появления версии соотнести ее следствия с видимым положением дел. И возможно, даже понять, почему создается та или иная видимость происходящего. Но крайне опрометчиво и неверно сразу принимать за чистую монету только видимое положение вещей, не исследовав возможность наличия совершенно иной подоплеки такой видимости.

Мы могли бы провести здесь некую параллель с работой детектива. Ведь изучение законов природы и поиск устройства Мира во многом похожи на работу сыщика, который тоже пытается распутать клубок изначально непонятных обстоятельств и событий с целью выявления реальных мотивов поступков и истинной сути произошедшего. Множество захватывающих книг посвящено тому, как видимое положение дел указывает вовсе не на настоящего преступника, а на невиновного человека, просто по несчастливой случайности оказавшегося не в том месте и не в то время или по беззаботности сделавшего какой-то опрометчивый поступок, бросающий на него тень. А нередко преступник старается подставить кого-то, чтобы отвести от себя подозрение.

В подобных книгах и фильмах мы обычно встречаем двух персонажей. Первый – недалекий сыщик, как правило, с формальным подходом к делу. Он быстро собирает улики и делает, казалось бы, самый простой и естественный вывод. Виновен тот, на кого указывает большинство улик. И зачем гадать дальше, если собранных данных уже достаточно для принятия решения и закрытия дела. Такой подход кажется даже вполне практичным – ведь нельзя же вечно возиться с каждым отдельным случаем. Хотя нередко бывает, что потом могут возникнуть новые подробности, которые укажут на невиновность арестованного. И тогда тот самый недалекий сыщик, скорее всего, начнет изобретать какие-нибудь небылицы, пусть даже и корявые по смыслу, но согласующие новые обстоятельства с уже принятым решением.

Второй персонаж детективного жанра – изощренный сыщик, некий Шерлок Холмс, который посмотрит на вещи совсем по-другому. Он, конечно же, примет к сведению имеющиеся улики. Но подвергнет сомнению их видимое толкование, возникающее при беглом взгляде, которое его коллега сразу же принял за правду. Потом изощренный сыщик применит дедуктивный метод мышления, интуицию, опыт и заметит, что все видимые обстоятельства картины вообще-то не совсем стыкуются между собой и выглядят неестественно. Более того, есть некоторые детали, которые все остальные вообще не заметили. И тогда у него возникнет гипотеза о том, что имеет место совсем иное положение дел, чем всем показалось изначально. Он начнет искать подтверждение своей версии, причем нередко в совершенно неожиданных метах, потому что без исходных идей заглянуть именно туда никто никогда не догадался бы. Но благодаря этому он раскроет истинные причины произошедшего и распутает дело.

Параллель с нашими научными поисками здесь очевидна. Ее суть состоит в том, что работа любого физика помимо сбора и систематизации экспериментальных данных должна включать в себя нечто большее. Экспериментальный метод, безусловно, важен и полезен, если не переоценивать его значение. Потому что если наша наука ограничится только экспериментами, то мы станем подобными тому недалекому сыщику, который делает окончательные выводы исключительно на основании видимости ситуации. Есть видимая пропорциональность двух типов масс – значит, они суть одно и тоже. Кажется невозможным различить состояние равномерного прямолинейного движения и состояние покоя, значит, они эквивалентны. И подобных примеров немало.

Вот почему еще более важным, чем эксперимент, для физика должно быть научное мышление, о котором мы уже неоднократно упоминали. Это путь построения моделей, поиска механизмов происходящих процессов. Научное мышление подобно дедукции сыщика, с помощью которой он ищет скрытые мотивы поступков и проверяет на логическое соответствие собранный набор улик. И дедуктивный подход к фундаментальным физическим принципам приводит уже к совершенно иным выводам, нежели прямой экспериментальный метод. Пусть даже в процессе экспериментов и создается видимость существования тех или иных правил, и мы пока можем не понимать, почему эта видимость создается. Но мы можем задать естественные логические вопросы.

Почему инертная масса эквивалентна гравитационному заряду, ведь это принципиально разные с логической точки зрения величины? Ведь гравитационный заряд, скорее, аналогичен заряду электрическому, который не эквивалентен инертной массе. Почему инерциальные системы отсчета кажутся выделенными на фоне всех остальных? Ведь любая система отсчета – это лишь способ описания явлений, и все они должны быть логически равнозначны. Эти и подобные им вопросы уже даже на интуитивном уровне создают ощущение, что с подобными правилами что-то не так. И похожие мысли неоднократно высказывали ученые в разные времена. Именно размышления над подобными вопросами и привели к созданию полевой физики.

Мы не зря упомянули здесь термин «интуиция». Ведь если эксперимент подобен зрению человека, то дедуктивное мышление подобно некому «шестому чувству». Чувству, позволяющему отрицать те или иные выводы и результаты как неестественные и чувствовать существование невидимых связей в различных явлениях, на первый взгляд совершенно не похожих друг на друга. Это подобно своеобразной вере в то, что одни выводы никак не похожи на истину, хотя они и соответствуют видимому поведению тел в экспериментах, а другие являются как раз попаданием «в точку», хотя они пока не очень-то стыкуются с опытными данными.

Мы здесь не говорим о мистике или о чем-то подобном. А напротив, об очень важной и объективной стороне физической методологии, которой на протяжении всей истории науки не уделялось должного внимания. Например, общеизвестно, что Эйнштейн ни за что не мог примириться с квантовой механикой, считая ее неестественной и временной, хотя он сам стоял у ее истоков. Даже когда факты и экспериментальные данные требовали от него другого, и он был вынужден постепенно соглашаться с этой теорией, он все равно не переставал считать ее не более чем теорией переходного периода.

Фарадей пришел к интуитивному ощущению существования некого невидимого поля и неплохо оперировал им в построении своей электро-динамики. Как в последствии и Максвелл. Хотя многие ученые того времени с большим трудом и сомнениями воспринимали их модели. Не то чтобы они не могли их понять. Похоже, что они не могли их почувствовать, проникнуться похожим восприятием и мировоззрением.

Другим примером является Коперник, предложивший гелиоцентрическую систему Мира, хотя увидеть ее буквально, со стороны, или вывести напрямую из имевшихся тогда экспериментальных данных он не мог. Подобным образом Менделеев составил таблицу химических элементов, когда значительная часть из них вообще еще не была известна, а большинство известных тогда элементов имели неточно измеренные параметры, а также представляли собой смесь различных изотопов.

Большинство фундаментальных физических открытий связано с проявлением подобного «шестого чувства», со своеобразной интуицией ученого, с яркими догадками, озарениями «свыше». А сами эти открытия просто невозможно было бы сделать, последовательно опираясь только на экспериментальные данные. И нередко подобное физическое мышление, связанное со способностью мысленно «увидеть» целостную картину как нечто прекрасное и законченное, позволяет компенсировать недостаток или даже полное отсутствие экспериментальных данных. Во многом подобное «шестое чувство» является результатом образа мышления и мировоззрения ученого.

Фактически мы пришли к обсуждению справедливости того философского понятия, которое известно под названием бритвы Оккама. Суть этого принципа состоит в том, что не следует искать более сложного объяснения явления там, где уже существует более простое. И экспериментальный подход к построению науки во многом является воплощением бритвы Оккама. Согласно ему устройство нашего Мира представляет собой не что иное, как совокупность закономерностей, которые мы видим в экспериментах. А значит, не следует фантазировать сверх того, что удается измерить или реально наблюдать.

Принцип бритвы Оккама многим представляется симпатичным и правильным. Особенно актуальным он оказался в период средневековья, на этапе рождения классической физики, потому что в те времена философия была явно перегружена догматами и абстрактными умовоззрениями. Возможно, нечто созвучное с утверждением бритвы Оккама несет в себе известная фраза Ньютона «Гипотез не измышляю». Есть объективные данные экспериментов, которые и составляют почву для выводов, а все остальное – «от лукавого».

Но несмотря на всю привлекательность подобного принципа простоты, мы начинаем обнаруживать, что на самом деле в нем что-то не так. Бритва Оккама столь же проста и красива, сколь и обманчива. Так же, как и все простые и красивые вещи в нашем Мире. Потому что наш Мир не прост, а значит, самое простое объяснение может быть верным далеко не всегда. И даже, скорее всего, оно будет неверным.

Вернемся к нашим сыщикам. Применение бритвы Оккама требовало бы от них всегда арестовывать и наказывать того, на кого сразу же падает подозрение, и больше не забивать себе голову этим вопросом. Но такой подход может оказаться верным только в непреднамеренных наивных преступлениях, вроде глупых бытовых ссор. Настоящий же преступник всегда изощрен, и он обязательно позаботится о том, чтобы свалить свою вину на кого-то другого. И применение бритвы Оккама приводит нас к тому, что видимость вины на самом деле невинного человека уже не требует дальнейших разбирательств и поиска настоящего преступника.

А устройство нашего Мира изощрено еще больше. И искать законы его устройства с помощью бритвы Оккама является очевидной наивностью. Поэтому лишь в редких случаях видимость протекания процесса, измеренная в физическом эксперименте, является истинным отражением внутренних механизмов самого процесса. На языке детективного жанра мы могли бы сказать, что равенство столь важных и разных физических сущностей как инертная и гравитационная масса является слишком подозрительным, слишком простым, слишком красивым. Другими словами – неестественным, фальшивым. А значит, именно здесь сокрыта тайна истинного положения дел! Это и есть та самая потайная дверь, скрывающая от нас нечто важное! В то время как бритва Оккама требовала бы от нас отбросить подобные подозрения и принять самое простое из возможных объяснений. Массы равны, потому что они равны, это доказывают экспериментальные факты, и говорить здесь больше не о чем.

Вот в чем состоит порочность переоценки значения экспериментального метода. Эксперимент может показать нам только видимое положение дел, в то время как реальные причины и природа явлений могут быть совершенно иными. И на страницах этой книги мы нашли уже немало подобных примеров. Принцип относительности и принцип эквивалентности являются не фундаментальными физическими принципами, а только локальными земными правилами. Массы и заряды тел не являются их внутренними «врожденными» характеристиками, а суть внешние свойства, обусловленные наличием невидимой полевой среды. Частицы не обладают волновыми свойствами, а поля – корпускулярными. Подобное поведение – не более чем видимость в результатах тех или иных экспериментов. Да и вся наша бесконечная Вселенная, как нам еще предстоит понять, есть не что иное, как просто видимость, иллюзия. Глобальный космический мираж.

Все это никогда невозможно было бы понять и осознать на основании экспериментального подхода. Может быть, именно поэтому современная наука и зашла в тупик, исчерпав фундаментальные открытия и принципиально новые темы для исследований. Рост экспериментального материала, увеличение его точности, удорожание оборудования и усовершенствование промышленных технологий уже не приводят к ярким открытиям и принципиальным прорывам.

Со времени создания теории относительности и квантовой теории – с начала XX века – в фундаментальной физике не появилось практически ни одной принципиально новой концепции. Да и сами эти теории постоянно подвергаются критике за нарушение логики и противоречие здравому смыслу. Потому что большинство их руководящих идей – видимые результаты экспериментов, возведенные в ранг фундаментальных принципов, каковыми они на самом деле не являются. Получается, что экспериментальная бритва Оккама вместе с нежелательными сложностями обрезала еще и нечто очень важное для науки. А именно, научную глубину, построение моделей и осознание невидимых внутренних механизмов физических процессов. В результате этого физика превратилась лишь в описательную науку с ответами на вопросы «Как?» Но без ответов на вопросы «Почему?» Потому что такие вопросы получили статус непознаваемых.

Но не является ли изложенная здесь философия своеобразным шагом назад? Откатом физики от объективности эксперимента к субъективным моделям, мистической интуиции и абстрактной философии? Возвратом к тем вещам, от которых с таким трудом удалось уйти в период становления науки? И в этом свете можно отметить лишь то обстоятельство, что с появлением материализма, математического формализма и экспериментального подхода наука не перешла от плохого к хорошему, а лишь переметнулась из одной крайности в другую.

В современной физике мы находим очень многие негативные черты, с которыми эта наука в свое время была призвана бороться. Субъективные мнения философов древности заменились не менее субъективными данными экспериментов. Потому что данные любого эксперимента не есть объективная истина, а лишь замер видимого протекания того или иного процесса в тех или иных условиях с той или иной точностью. И ни один эксперимент не может служить абсолютным доказательством справедливости и фундаментальности ни одного физического принципа.

Например, на протяжении нескольких веков было поставлено множество экспериментов по проверке фундаментального принципа эквивалентности. Но несмотря на весь этот огромный труд, никогда нельзя будет утверждать, что принцип эквивалентности справедлив всегда, а значит, является фундаментальным. Равенство двух типов масс было экспериментально доказано только на Земле, только в определенных условиях (при исключении влияния всех внешних полей) и только с конечной точностью. Но этот результат совершенно не означает, что равенство масс также будет сохраняться в любой точке Вселенной или даже на Земле, но с участием дополнительных полей (которые всегда в таких экспериментах исключались), или во всех иных условиях, а также с любой точностью.

Провозгласить принцип эквивалентности фундаментальным можно только в рамках той или иной модели Вселенной, которая на основании этого принципа приводила бы к существованию непротиворечивых взаимосвязей между всеми объектами и явлениями в нашем Мире. И объясняла бы наблюдаемые закономерности всех процессов, измеренные в многочисленных экспериментах. И в этом контексте уже не важно, является ли эксперимент только видимым отражением истинного положения дел или нет. Такая модель должна объяснять происхождение подобной видимости. Как с помощью полевой физики нам стало понятно, почему в земных условиях наблюдается видимое равенство инертной и гравитационной масс, в то время как эти величины имеют совершенно разную физическую природу.

В свете вышесказанного следует упомянуть еще одно негативное обстоятельство, свойственное современной физике. Речь идет о чрезмерном увлечении математическим формализмом. Как мы уже не раз видели, заложенные в ту или иную математическую модель правила становятся порой серьезным препятствием для понимания и описания физических процессов. Современная математика во многом похожа на своеобразные догматы или религиозные традиции времен средневековья. И подобно тому, как последние служили серьезным ограничением для развития новых идей в средние века, так и применяемые сегодня математические модели создают существенные границы для развития новых адекватных физических представлений, выходящих за рамки аксиом используемой математики.

В современной физике существует множество неестественных искажений физической реальности с целью ее согласования с принятым математическим формализмом. Это прежде всего относится к геометризации физики, использованию многомерных пространств, наделению физическими свойствами пространства и времени, использованию их искажений и превращений, а также к принципу наименьшего действия, «игре» с подгонкой лагранжиана, применению виртуальных частиц и полей, формализму операторов, перенормировок, калибровок, суперсимметрий и многим подобным абстракциям и формальным приемам.

Нельзя сказать, что математический метод, как и экспериментальный, плох сам по себе. Но следует помнить, что это тоже лишь инструмент для формализации наших идей и представлений. Своеобразный язык, с помощью которого мы можем записать и передать свои мысли. Но всегда мысли должны руководить использованием языка, а не наоборот. Нельзя использовать случайный набор слов языка, чтобы сформировать мысль при отсутствии идей.

То же самое мы можем сказать и про эксперимент. Он не более чем инструмент, позволяющий нам собрать улики о видимом характере протекания тех или иных явлений или процессов. Но при этом следует помнить, что экспериментальная видимость ситуации еще не позволяет напрямую судить о том, каков истинный механизм того или иного процесса или явления, потому что он может оказаться гораздо более сложным или совсем иным. Нельзя данные локальных и ограниченных экспериментов (а иные нам проводить не дано…) распространять на абсолютно все явления природы в любых условиях как фундаментальные принципы.

Тот или иной принцип может быть объявлен фундаментальным только в рамках определенной модели Мира. И логической предпосылкой для этого могут служить данные тех или иных экспериментов. Нечто подобное мы и сделали в модели полевой среды, сформулировав принцип непрерывности и принцип близкодействия. Но потом эта модель должна оказаться непротиворечивой и жизнеспособной, и в результате ее успеха данные принципы можно будет действительно считать фундаментальными. Возможно, до тех пор, пока не появится более совершенная модель, в рамках которой мы поймем, что «корни» Мирозданья – фундаментальные физические принципы – на самом деле совсем иные.

Экспериментальный метод и математический формализм могут оказаться эффективными инструментами в руках ученого, вооруженного главным – физическим мышлением. Это мышление подразумевает наличие здравого мировоззрения и жизненных ценностей, понимания законов логики и моделирования, элементов дедукции и интуиции. Или даже своеобразную веру. Веру в разумное начало и целесообразность, гармонию и красоту, заложенные в наш Мир при его создании. Веру в здравый идеализм, которая вселяет надежду на возможность познания Мира и дает силы для продолжения поисков.

Мы не говорим здесь о возврате к нездоровой мистике. Напротив, мы говорим о том, что мистика – это одна крайность. А современный научный материализм, или даже так называемый «реализм», – другая крайность. Крайность, построенная на переоцененной роли видимых экспериментальных фактов и абстрактного математического формализма. Крайность, принимающая за «реальность» видимое положение вещей и их формальное описание в согласии с выбранным набором математических правил и аксиом. Похоже, что физика может успешно развиваться только при наличии разумного баланса, при достижении некой «золотой» середины между двумя этими крайностями. Когда смелые идеи, фантазия, воображение и вера ученого в должной мере уравновешены логикой, разумом, математическими расчетами и опытными данными. У древних философов было в избытке первое, но недоставало второго. У современных ученых чаще бывает наоборот.

На эту тему можно говорить бесконечно. И как уже стало понятно, полевая физика не очень-то жалует ортодоксальную физическую парадигму и бытующее научное мировоззрение. Но если бы это было не так, то нам никогда не удалось бы шагнуть за их пределы. Чтобы вырваться за границы автострады, порой приходится снести ограждающий бордюр. Подобно тому, как Коперник однажды снес бордюр догматов своего времени. А все выдающиеся ученые разных времен нередко вынуждены были ломать бытовавшие тогда представления. Похоже, что это естественный процесс развития науки. Хотя и не самый простой. Наверное, многим людям больше пришелся бы по душе плавный и последовательный переход от старых представлений к новым. Но, похоже, что так не бывает. Революция есть революция!