Одним из главных принципов уникальной «системы Физтеха», заложенной в основу образования в МФТИ, является тщательный отбор одаренных и склонных к творческой работе представителей молодежи. Абитуриентами Физтеха становятся самые талантливые и высокообразованные выпускники школ всей России и десятков стран мира.

Студенческая жизнь в МФТИ насыщенна и разнообразна. Студенты активно совмещают учебную деятельность с занятиями спортом, участием в культурно-массовых мероприятиях, а также их организации. Администрация института всячески поддерживает инициативу и заботится о благополучии студентов. Так, ведется непрерывная работа по расширению студенческого городка и улучшению быта студентов.

Адрес e-mail:

Вводная лекция к курсу Липкина А.И. "ОСНОВАНИЯ ЕСТЕСТВЕННЫХ НАУК В КОНТЕКСТЕ ФИЛОСОФИИ НАУКИ ХХ ВЕКА"

Специфика этого курса, как и других, определяется тем, на что и откуда смотрит автор.Предметом моего курса являются основания наук (физики и др.) и философии науки.

Смотрю я на все это используя свою собственную концепцию и концепцию Т.Куна. Обе они принадлежат постпозитивизму. Постпозитивизм – это, как и родственный ему постмодернизм, детище 2-й пол ХХ в., но при его рассмотрении затрагиваются и вопросы предшествующей философии науки и самой науки на протяжении с 17 в. В 17-18 вв. были в рамках теории познания сформированы течения эмпиризма и рационализма, увенчавшаяся попыткой их синтеза И.Кантом. В сер. 19 в. появляется позитивизм. Все это войдет в курс лекций.

Современная физика, а на нее ориентируются другие естественные науки, является детищем двух революций научной революции 17 в. и границы 19-20 вв. Суть революции 17 в. состоит в рождении естественнонаучного эксперимента и основной структуры естественной науки, сохраняющихся и сегодня.

Возникшую в XVII в. физику часто характеризуют как математизированную и экспериментальную науку. Это действительно две важнейшие характеристики физики. Но что они означают? Чтобы ответить на этот вопрос, обратимся опять к галилеевской теории падения тела, где эти черты уже в полной мере проявляются. Именно здесь сливаются в новое целое – физику Нового времени – три компоненты культуры, характерные еще для Древней Греции: натурфилософия (философия природы), математика и искусство инженера-механика. Натурфилософия начинается в Древней Греции с Фалеса, утверждавшего, что «все есть вода»; образцом развитой натурфилософии можно считать атомизм Левкипа-Демокрита. Натурфилософия умозрительна и онтологична по своей сути. Образец математики в виде геометрии Евклида, вырастает в древнегреческой философии в рамках натурфилософской по своей сути платоно-пифагорейской линии. Эти две линии сливаются у Галилея и Ньютона в образе «Книги Природы, написанной на языке математики» (естественно, Богом) в математизированную натурфилософию. Физический эксперимент и физика как естественная наука рождаются на пересечении натурфилософского умозрения и механического искусства, представлявших собой две разные линии.

В Древней Греции науке о природе соответствовала натурфилософия и примыкавшая к нею физика Аристотеля, определенная им как наука о движении. При этом философия, натурфилософия, строящая онтологические модели «первой природы», и физика Аристотеля не имели ничего общего с техникой (механикой машин), с помощью которых мастеру удавалось перехитрить природу. Техника – это «вторая природа», предполагающая существование «первой природы», являющейся предметом натурфилософии. Со времен Древней Греции до Нового времени господствовали представления, что «область механики – область технической деятельности, тех процессов, которые не протекают в природе как таковой без участия и вмешательства человека. Предмет механики – явления, происходящие «вопреки природе», т.е. вопреки течению физических процессов, на основе «искусства» (tecnh) или «ухищрения» (mhcanh)… «Механические» проблемы… представляют самостоятельную область, а именно – область операций с инструментами и машинами, область «искусства»… Под механикой понимается некое «искусство», искусство делать орудия и приспособления, помогающие одолеть природу… Во второй половине XVII в. продолжало держаться старое представление о механике как теории машин, основанной на началах статики» [Григорьян, с. 9-11].

В XVII в. обе линии развивались раздельно. Математизированная натурфилософия Галилея и Ньютона искала законы естественного движения – «законы природы», не зависящие от деятельности человека. Не случайно знаменитый труд Ньютона называется «Математические начала натуральной философии». Машины же создавались искусством инженеров-механиков[1], их суть определялась людьми и сводилась к заданным функциям. Действия людей противопоставлялись природным явлениям, это были две разные области – области «второй» и «первой» природы. К XVII в. сосуществовало три натурфилософских линии рассмотрения «первой» природы: магическая, органическая и механическая [PSO ]. Физика Нового времени растет из последней, в которой природа рассматривается как очень сложная машина (механизм, подобный сложным часам), созданная мастером-Богом (позже – существующая сама по себе)[2]. При познании этого механизма применяется «физическая интуиция, определенная механическими искусствами… Идея физики как всеобщей механики зарождалась в умах ученых с конца XVII в. и впервые была обоснована Декартом» [Григорьян, с. 216]. Этому пониманию природы («первой» природы) отвечает сложившаяся к концу XVII в. механика как раздел физики. Наряду с этим сохраняется прежнее понимание механики как человеческого искусства.

У Галилея, в его теории падения тела, эти две линии пересекаются и порождают физический эксперимент и новую естественную науку – физику. Теория падения тела Галилея, содержащая пару “пустота – среда”, нефальсифицируема (в смысле Поппера), ведь любое отклонение от «естественного» равноускоренного движения списывается на «среду», у которой нет независимого определения. Однако Галилей к описанной выше теоретической модели падения тела подошел как инженер к проекту: он ввел технические "конструктивные элементы" инженерной конструкции типа наклонной плоскости, шарика и т.п. Эти действия мастера-механика назовем «операциями приготовления» (<П|). Другой разновидностью действий мастера-механика являются «операции измерения» (|И>), включающие в себя операции сравнения с эталоном (и наличие эталона). В результате возникает характерная структура физического (и естественнонаучного) эксперимента[3]:

<П| явление |И>.    (схема 7.1)

До включения операций приготовления и измерения галилеевская «пустота» и основанная на ней теория падения тела принадлежат еще натурфилософскому умозрению, т.е. математизированной натурфилософии, а не естественной науке, включающей эксперимент.

В структуре (схема 7.1) средний член – принадлежащее "первой" природе явление, составляющее предмет исследования с помощью физических (естественнонаучных) понятийных средств, а крайние члены – принадлежащее "второй" природе технические средства, связанные с этими понятиями[4]. Важнейшим моментом этой структуры является то, что ее крайние части – не явления, а операции, действия человека, которые могли быть переданы машине (автомату), операциональная часть состоит из операций и процедур, относимых к продуктам деятельности человека, а не явлениям природы. Включение технических средств в структуру физического (естественнонаучного) эксперимента отличает родившуюся в XVII в. естественную науку (физику) от натурфилософии.

Структура, представленная схемой 7.1, выделяет кроме эмпирического явления и его теории еще и операции приготовления (<П|) и измерения (|И>), которые заимствованы из техники и имеют другую («вторую») природу

Суть революции границы 19-20 вв. – появление теоретической физики как нового типа организации физического знания, в основе которой, как и в геометрии Д.Гильберта, лежит неявный тип определения исходных понятий "первичных" понятий (типа точки и прямой в геометрии), точнее объектов, и построение с их помощью "вторичных" идеальных объектов (типа геометрических фигур). Эта революция плохо осознана в философии науки.

Для Галилея и Ньютона главным предметом поиска был закон движения, объект движения был очевиден. Ситуация меняется в середине XIX в. в связи с появлением электродинамики и термодинамики, где вопрос стоял уже и о самом объекте. В результате в теоретической физике установилось представление о явлении как о процессе (физической системы A), описываемом как переход некоторого физического объекта (системы) из одного состояния (SA (1)) в другое (SA (2)). Таким образом в центре внимания физики теперь оказывается физическая система (объект) и ее состояния, а «закон движения» («закон природы») превращается в характеристику физической системы, задающую связь между состояниями, фиксиру(отобража)емую уравнением движения. Именно теоретическая физика, включающая в себя эксперимент, стала адекватной формой построения новых физических сущностей[5]. Это представление, в рамках которого происходит существенное усложнение базовых понятий (физических систем), и составляет суть новой теоретической физики[6], в которой формируется структура физического знания, не нашедшая достаточно адекватного описания в философии и методологии науки.

В физике, как и в геометрии, четко различаются “первичные” и “вторичные” идеальные объекты. Вторичные идеальные объекты (ВИО) строятся (определяются) с помощью первичных идеальных объектов (ПИО). , т.е. через другие понятия, подобно тому, Как в геометрии фигуры (аналоги ВИО) строятся (определяются) с помощью прямых и точек (аналогов ПИО), так ВИО определяются явным образом через ПИО. Например: треугольник – это фигура, образованная пересечением трех прямых. А в механике идеальный маятник – это точечная массивная частица, на которую действуют силы тяжести и нити. Принципиальная разница между геометрическими и физическими идеальными объектами состоит в том, что физические идеальные объекты предполагают воплощаемость в материальные объекты, это их необходимая черта. ВИО – это идеальная онтологическая объектная модель (модель-объект), из которой автоматически вытекает теория данного объекта и его изменений (т.е. явления), подобно тому как из механической модели Солнечной системы (планеты-частицы + силы тяготения) вытекает теория движения планет. Этот «автоматизм» обусловлен тем, что теоретическое описание ПИО задано.

Итак, ВИО определяются явным образом с помощью ПИО. Что касается самих ПИО, то они определяются совсем по-другому[7]. До середины XIX в. и в физике, и в математике ПИО рассматривались как неопределимые, но интуитивно ясные (очевидные) понятия. Однако во второй половине XIX в. в связи с появлением неэвклидовых геометрий, а в физике в связи с созданием электродинамики Фарадея-Максвелла, стали работать с более сложными понятиями, которые нельзя получить простым абстрагированием из эмпирических объектов (как получали понятие «материальной точки»). Поэтому опора на очевидность перестала удовлетворять (среди первых, кто поставил в физике эти вопросы, были Э. Мах и А. Пуанкаре). В результате возникла проблема оснований в геометрии и в физике. Следствием этого стал так называемый "гносеологический кризис в физике".

В геометрии выход был указан в 1899 г. великим математиком Д. Гильбертом, который ввел для этого неявный тип определения исходных понятий (ПИО) – точки, прямой, и т.п. через систему аксиом геометрии. В результате система аксиом геометрии, в которой в каждую аксиому входило несколько исходных понятий (например, "через две точки всегда можно провести прямую и только одну"), стала использоваться не только для доказательства теорем, но и для совместного неявного определения исходных понятий геометрии. При этом неявный не значит нечеткий или неясный, этот тип определения может очень четко и однозначно определять все понятия, что и имеет место в геометрии[8].

Фактически тот же ход (но без должной рефлексии) был сделан и в физике, которая ориентировалась на уровень строгости, заданный в математике. В результате в физике произошли существенные изменения в построении структуры ее оснований, которая приобрела наиболее четкое выражение в рамках современной теоретической физики[9].

При этом теоретическая физика естественным образом разбилась на разделы (классическая механика, электродинамика,…), в каждом из которых образовалась своя система понятий и постулатов, которая неявным образом определяет свою группу исходных понятий, включая первичные идеальные объекты (ПИО) данного раздела. Эту систему понятий и постулатов будем называть "ядром раздела науки" – ЯРН (поскольку этот подход применим не только к физике, то мы употребляем термин "ядро раздела науки" наряду с "ядром раздела физики"). Таким образом, ЯРН в физике выполняет роль, аналогичную той, которую у Гильберта выполняла система аксиом в геометрии. Посредством ЯРН осуществляется неявный тип определения ПИО. Структура ЯРН дана ниже, а ее конкретный вид представлен в гл. 13 на примере одного из самых сложных разделов физики – квантовой механики (на примерах других разделов физики  см. [Липкин 2001]). ПИО затем используются при построении ВИО, из которых следуют теории, объясняющие известные или предсказывающие новые явления.

"Первичные идеальные объекты" являются основными понятиями любого раздела физики. Из этих “кирпичиков” строятся все физические модели объектов и явлений природы (и соответствующие им теории). Таким образом. мы различаем: 1) явление, 2) модель физической системы (объекта) или ВИО, лежащую в основе явления, 3)ПИО, из которых эта модель построена, 4) теорию, вытекающую из 2) и 3). Примеры физических явлений суть движение планет, электрический разряд, спектр излучения атома, сверхпроводимость. Моделью, или ВИО, будет соответствующая физическая система (объект), состоящая из ПИО. Используемые при этом ПИО – механическая частица (тело), заряженная частица, «квантовая частица».

"Раздел науки (физики)" состоит из ЯРН и различных моделей явлений и объектов (т.е. ВИО), а также соответствующих им теорий. Задания ЯРН достаточно для разворачивания всего остального содержания раздела (ПИО и ВИО), поэтому ЯРН четко выделяет, с одной стороны, то, что следует называть основаниями раздела науки[10], а с другой – сам раздел науки (в нашем случае раздел физики) как целостную единицу, содержащую определенные ПИО. Эти разделы четко прописаны в классических учебниках по теоретической физике (например [Ландау, Лифшиц; Левич][11]). Отметим, что если ПИО всегда принадлежат определенному разделу физики, то ВИО могут строиться из ПИО, принадлежащих разным разделам физики (например, движение заряженных тел в жидкости будет описываться ПИО из механики, гидродинамики и электродинамики).

Теперь о философии науки. Она, как и положено философии и гуманитарным наукам, состоит из множества спорящих друг с другом концепций. Эти концепции можно упорядочить введя две орты. По одной расположены противостоящие друг другу линии рационализма и эмпиризма. Первая, рожденная Р. Декартом, считает что исходный материал для построения научных теорий расположен в разуме (У Декарта – "врожденные идеи"), а основным методом является дедукция. Эмпиризм, отцами которого являются Ф. Бэкон и Дж. Локк, исходной точкой считают опыт, а основным методом (с сер. 19 в.) – эмпирическая индукция типа: от эмпирических фактов к эмпирическим законам (выражаются на языке тех величин, которые измеряются) и затем к теоретическим законам (вводятся особые величины (типа массы или силы), которых нет среди описываемых движений). Хотя еще в 18 в. Д.Юм показал, что последние не могут быть получены в рамках эмпиризма (из законов следует бесконечное число фактов, а исходное количество фактов - конечно), но эмпиризм с 18 в. является доминирующим в философии естественных наук.

Второй ортой является различение "реализм – конструктивизм". Конструктивизм, в противоположность всем формам реализма, предполагает, что ученые, создавая теории, делают изобретения, а не совершают открытия, соответственно, теории тогда отбираются по критерию эффективности, а не истинности.

Конструктивизм становится популярным среди ученых в революционные эпохи, как это было с философией Э. Маха на рубеже 19 – 20 вв. В спокойное время доминирует реализм с его простыми идеями науки как открытию и истины как соответствию фактам. Моя позиция близка реализму в вопросе о создании ВИО и является конструктивистской в вопросе о создании ПИО. Но это не известный в философии науки конца 20 в. эмпирический рационализм. Это рационалистический конструктивизм, родоначальником которого является Г.Галилей.

Дополнением к моему "объектному теоретико-операциональному" взгляду является модель Т. Куна, рассматривающая как идеи взаимодействуют с научным сообществом. Речь идет о ядре этой модели, состоящей из 4 понятий: " научная парадигма" (букв. "образец"), " научное сообщество", которое в своей работе придерживается определенной парадигмы, "нормальная наука" – то, что производится в рамках этой парадигмы и "научная революция" как смена парадигмы. Содержательное наполнение "парадигмы" в разных случаях разное. В случае физики ЯРН выполняет эту роль.

Вторая часть курса посвящена осмыслению оснований наук, вызывающих философские споры и порождающих мифы. Эта часть посвящена разоблачению этих мифов, особенно вокруг квантовой механики (см. мои статьи на сайте philosophy.mipt.ru в разделе "Публикации")[12], и, в меньшей степени, вокруг синергетики, ТО и статистической физики, а также обсуждению различных иногда замалчиваемых, а иногда наоборот излишне ангажированных проблем.

Будут затронуты и проблемы оснований биологии, которая по своей структуре сильно отличается от физики

Будет рассмотрен вопрос об отличии гуманитарных наук и влияние социо-культурной среды на формирование науки.

Основная  литература – 2 книги: "Философия науки " под моей редакцией, (М., 2007) которая сделана силами нашей кафедры и которая должна появиться на следующей неделе, и моя книга "Осн-я современ естетсвозн-я (2001), которая в электронном виде доступна на сайте физтеховской электронной библиотеки. Они охватывают основную часть курса, а их оглавление дает о нем дополнительное представление. Но, конечно, будет и новое.


[1] Порой с использованием механики-физики, как это было у Гюйгенса при расчете механизма часов.

[2] Ср. цель Коперника: «… Объяснить ход мировой машины, созданный лучшим и любящим порядок Зодчим». (по [Ахутин, с. 185]).

[3] Такая структура эксперимента приведена для квантовой механики В.А.Фоком [Фок, с. 154-176]).

[4] Эксперимент, доставляющий "эмпирические факты", в рамках воззрений Ф. Бэкона можно представить схемой <П| X |И>, где X – нечто неизвестное. Ведущими здесь являются элементы <П| и |И>. Результат подобных экспериментов дает зависимости различных величин, которые обобщаются в эмпирические законы. С этого начинаются многие науки (приблизительно по такой схеме накапливались эмпирические законы об электрических зарядах и токах в электродинамике с начала XVII до начала XIX в.). Иногда так открываются новые явления, примером чего служит история открытия космологического реликтового излучения. Но в развитой науке типичным является эксперимент по проверке или отработке теории, которая и диктует, что надо приготовлять и измерять.

[5] Отличие этого нового этапа в развитии физики состоит в существенной смене установки. При создании новых разделов физики на предыдущих этапах в центре внимания был поиск «законов природы», понимавшихся в рамках реалистического и эмпиристского взгляда на физику. В конце XIX в. конвенционалистские и конструктивистские мотивы, о которых говорилось в главе 1.6., интенсивно проникают в физику. Этому сопутствует выдвижение на первый план роли теоретика, так как активность теоретических построений становится все более зримой, а теоретические конструкции все более сложными.

[6] А. Пуанкаре делил историю «математической физики» (имея в виду посленьютоновскую физику XVIII – XIX вв., активно использовавшую математику) на три этапа: на первом этапе (XVIII в.), образцом является небесная механика, основанная на законах Ньютона. Здесь теории строятся на основе моделей, состоящих из точечных частиц и сил между ними. Второй этап (вторая половина XIX в.) – Пуанкаре определяет как «физику принципов», когда к природным объектам относятся как к сложным машинам с неизвестным внутренним строением («черным ящиком»). Свое время (конец XIX – начало XX в.)  он оценивал как кризис «физики принципов», за которым должен последовать новый третий этап [Пуанкаре, с. 232 и далее]. Описываемая ниже «теоретическая физика», по-видимому, и является этим ожидавшимся Пуанкаре третьим этапом. Не случайно именно конец XIX в. ознаменован “появлением кафедр теоретической физики” [Визгин, 1995, с. 9].

[7] При явном типе определения определяемые понятия выражаются через другие понятия, которые, в свою очередь, выражаются через третьи и т.д. Но эта цепочка должна на каких-то понятиях кончаться. ПИО и есть конечные понятия этих цепочек.

[8] Неявный тип определений напоминает систему уравнений типа {fk (x1,…xk)=0}, где x1,…xk выступают в качестве аналогов совместно определяемых понятий, среди которых находятся и ПИО.

[9] Существовавшая к этому времени теоретическая или аналитическая механика имела другую структуру, которая  требует отдельного рассмотрения.

[10] Здесь «основания» имеют тот же смысл, что в «Основаниях геометрии» Д.Гильберта, в отличие от их понимания В.С.Степиным, который под основаниями науки имеет в виду «научную картину мира», а также «идеалы, нормы и философские основания науки» [Степин].  

[11] В курсе "Теоретической физики" Л.Д. Ландау и Е.М. Лифшица [Ландау, Лифшиц] дано одно из первых систематических изложений теоретической физики, в которых в качестве центральных понятий выступают физическая система и ее состояния и последовательно излагаются основания каждого раздела. За это этот курс высоко ценят во всем мире.

[12] Там рассматриваются три выделенные К. Поппером парадигмы ("интерпретации"): боровская ("копенгагенская"), эйнштейновская, "работающих физиков" и показывается, что в третьей нет "парадоксов", нет особой роли "наблюдателя" и в ней разрешает спор между первой и второй, за счет того, что она основывается на следующей трактовке постулатов Борна: 1) в квантовой механике состояние физической системы определяется не значениями, а распределениями вероятностей значений соответствующих измеримых величин, т.е. состояние описывается случайными величинами (это Эйнштейну, в отличие от Бора, не нравилось); 2) из этого следует, что одно измерение ничего не говорит о состоянии системы (если оно не приготовлено в особом “собственном” состоянии), поскольку чтобы определить распределение вероятностей, требуется достаточно длинная серия измерений; 3)задаются правила, позволяющие по математическому образу состояния YA(t), определить распределения вероятностей соответствующих измеримых величин (в "копенгагенской" интерпретации есть этот пункт, а вместо первых двух выдвигается тезис о том, что "до измерения нет состояния", против которого категорически возражал Эйнштейн).

Если вы заметили в тексте ошибку, выделите её и нажмите Ctrl+Enter.

© 2001-2016 Московский физико-технический институт
(государственный университет)

Техподдержка сайта

МФТИ в социальных сетях

soc-vk soc-fb soc-tw soc-li soc-li
Яндекс.Метрика