Основы естествознания

Введение 

Объективность и субъективность окружающего мира; модели первого и второго уровня; мир Платона-Роршаха; модель круга; эксперимент на расстоянии; время; конвенциональность естественнонаучных теорий; роль концепций  в естествознании. 
 
 

Окружающий нас мир настолько привычен, настолько естественной кажется идея о том, что он не только существует, но и является таким, каким мы его видим (воспринимаем), что подвергнуть это сомнению кажется нелепым. Однако основания для этого есть. Будем для определенности говорить о зрении, хотя все нижеследующее относится и к другим органам чувств. Что такое "видеть"? На оптический детектор (глаз), которым оснащен человек, поступают сигналы. Они проходят через линзу (хрусталик) и попадают на чувствительные элементы (палочки и колбочки), которые реагируют так или иначе в зависимости от энергии (длины волны, цвета) сигнала, вырабатывая соответствующий электрический сигнал. Эти обработанные сигналы по кабелю (зрительному нерву) поступают в процессор (мозг), где по определенным правилам превращаются в целостную картину - картину окружающего мира. Что это за правила, сказать трудно, однако, не вызывает сомнения тот факт, что они сообщаются каждому отдельному "процессору" в период его обучения. 

Аргументом в  пользу применимости такой механистической модели человеческого восприятия является существование реального Маугли - человеческого ребенка, воспитанного животными. Вновь попав к людям в возрасте нескольких лет, такой ребенок оказывается неспособным вести человеческий образ жизни, не говоря уже об освоении речи. Его способ отбора и обработки сигналов из окружающего мира настолько радикально отличается от человеческого, что установить с ним контакт оказывается невозможно. 

Таким образом, правила восприятия, а затем правила  поведения, а затем способ общения передаются человеку в процессе его воспитания прямо с момента рождения. Все мы проходим через это и в результате воспринимаем мир примерно одинаково. Примерно - потому, что на примере людей искусства мы можем обнаружить различия в восприятии. Итак, существует некая "резидентная программа" восприятия, вводимая в сознание человека в процессе его обучения. При вводе какой-либо иной программы мы могли бы увидеть иной мир. Будем называть это первым уровнем отражения, фактически, неосознаваемым, бытовым. Попытка описать воспринимаемый мир требует введения имен, терминов, а затем и языка, подчиняющегося некоторым общим правилам (в буквальном смысле - правилам грамматики). Стремление с одной стороны обобщить, а с другой - максимально упростить (формализовать) эти правила приводит к введению математики в качестве языка описания внешнего мира. Всевозможные проявления этого мира пытаются формулировать в виде законов, выраженных с помощью формул. Это - второй уровень отражения, уже вполне осознаваемый, как говорят, научный. Для построения непротиворечивого описания необходимо иметь общий фундамент, и это - система аксиом или та или иная концепция, лежащая в основе такого описания. 

Хотелось бы подчеркнуть важность осознания  того, что в основе любого описания проявления внешнего мира лежит концепция. То, что несмотря на свою очевидность, она является условной, мы рассмотрим на следующих трех примерах. 

        1. Мир Роршаха 

В этом примере  мы будем предполагать только, что  мир существует, и мы можем его воспринять. Убедимся, что окружающий нас мир мог бы быть совсем иным. 

В известном  психологическом тесте Роршаха  на лист бумаги наносится чернильная клякса, после чего лист сгибают  пополам так, чтобы получилось симметричное, хотя и бесформенное изображение, и испытуемому предлагается сказать, что он видит на бумаге. В зависимости от ассоциаций испытуемого делается вывод о его психологических особенностях. Если предложить ему нанести несколько точек или линий в соответствии с тем, что он видит, а затем показать то, что получилось, другому человеку, то этот последний увидит то же, что и первый (хотя если предъявить ему исходное пятно, его ответ вполне может оказаться другим). Предложим и ему нанести на это пятно с точками и линиями, оставшимися от первого, также и свои точки и линии в соответствии с его восприятием, а затем следующему, и т.д. В конце концов возникнет подробная развернутая картина с массой деталей, не опознать которую будет невозможно. Если же второму испытуемому показать исходное пятно, и, убедившись, что он увидел не то, что первый, дать ему карандаш и вновь повторить всю процедуру с последующими испытуемыми, то в результате мы вновь увидим подробную развернутую картину, но уже совершенно другую. 

Когда естествоиспытатель формирует свое представление о явлении, а затем проверяет его экспериментально, трактуя происходящее соответствующим образом, происходит нечто, подобное внесению дополнительных линий в пятно Роршаха. Используя для описания явления формализованную в соответствии с человеческой логикой структуру (в особенности математическую), наблюдатель способствует превращению "мнения" в "факт", доступный для восприятия другим человеком. При "нанесении все новых линий" (проведении все новых соответственно трактуемых экспериментов), все большее число людей видит то, что увидел первый, происходит материализация, а иногда и техническая реализация идеи. Такова философская сторона роли наблюдателя в физическом эксперименте. Обратим внимание на обстоятельство, существенно влияющее на материализацию идеи: чтобы сообщить свое видение мира другому человеку, другому сознанию, используется язык, обладающий свойством непротиворечивости. 

Таким образом, из хаоса сигналов выбирается некоторая  картина, которая затем объективируется  путем надлежащего выбора экспериментов и демонстрации их другому наблюдателю с использованием непротиворечивого языка. 

        2. Модель круга 

Предположим теперь, что мир не только существует, но и обладает определенными свойствами, которые человек стремится познать. 

Для наглядности рассмотрим процесс познания в рамках представления об инверсии - несложной математической операции следующего вида. Пусть дана окружность с радиусом, равным единице. Ее центр совпадает с началом координат. Окружность делит всю плоскость на три части: внешнюю по отношению к этой границе, внутреннюю по отношению к ней и саму границу (окружность). Инверсией называется сопоставление точек внешней области точкам внутренней области по такому правилу. Пусть точка А находится во внешней области. Соединим ее с началом координат отрезком длиной R. Отложим на нем от начала координат отрезок длиной 1/R и обозначим получившуюся точку А'. Она будет лежать внутри окружности, т.к. R > 1. Так можно осуществить отображение всех точек внешней области на точки внутренней области. При этом образы точек, расположенных недалеко от окружности снаружи, окажутся недалеко от нее внутри, точки, далекие от окружности снаружи, будут соответствовать точкам вблизи ее центра. Точка "ноль" будет соответствовать точке "бесконечность". 

Представим, что  обсуждаемая модель соответствует  человеку, внешнему миру и представлению  человека об этом мире. При этом сама окружность - это человеческое тело и органы чувств, внешняя область - окружающий мир, внутренняя - это представления  человека о мире. Любому объекту или событию во внешнем мире можно указать соответствующий образ в сознании человека. При этом происходит своеобразная инверсия. 

О явлении или  о предмете окружающего мира можно  говорить как о познанном, если есть возможность указать его место в окружающем мире, его взаимосвязь с другими явлениями или предметами, его свойства и предсказать его дальнейшую судьбу. Познавая мир, мы сначала фиксируем образ явления и его свойств в своем сознании, а затем рассматриваем его взаимосвязь с другими уже имеющимися образами. Так получается некоторая модель рассматриваемой части окружающего мира. Построив модель и предсказав ее свойства, мы можем обратиться к реальному окружающему миру и опытным путем установить, пригодна ли наша модель для предсказания поведения систем во внешнем мире. Рассмотрим рис. 1,а. 
 
 

Пусть А, В и  С некоторые явления внешнего мира, а А', B' и C' - их образы в сознании, построенные по правилу инверсии. Пусть явления внешнего мира А, В  и С связаны свойством АВ2 = АС2 + ВС2 . Нетрудно видеть, однако, что соответствующий треугольник-образ A'B'C' не является прямоугольным, поскольку при его построении было использовано правило инверсии. Поэтому наша модель не будет соответствовать своему прообразу, и, размышляя над ней, мы не узнаем важного закона внешнего мира. И наоборот (рис.1,б). Образы явлений могут привести к заключению, что A'B'2 = A'C'2 + B'C'2, однако, соответствующее предсказание относительно свойств А, В и С не будет выполнено. Ясно, что причина этих неурядиц - правило инверсии. Можно выделить три более конкретных обстоятельства: 

1) само правило;  можно ведь предложить и другое, например, 1/R2, что ничем не хуже. Отвлекаясь от модели круга,  можно заметить, что изменение  правила инверсии может означать, например, что от рассмотрения какого-то объекта с точки зрения его размеров надо перейти к его рассмотрению с точки зрения его цвета или запаха; 

2) точка зрения; можно поискать такое положение  центра окружности относительно  явлений, что расхождение в  свойствах АВС и A'B'C' будет минимальным. Это, между прочим, иллюстрирует деятельность гениальных, или наиболее прозорливых личностей - случайно или целенаправленно они оказываются в нужной точке наблюдения; 

3) различие в  "форме границы"; Это может  быть эллипс, квадрат или вообще любая замкнутая кривая. Наблюдатели могут обладать разными наборами свойств и возможностей (например, у одного есть телескоп, а у других нет). 

Все это означает, что договориться двум наблюдателям оказывается возможно только тогда, когда их "границы" схожи, когда их "точки зрения" близки и когда имеется соглашение о "правиле инверсии", т.е. о том, что и как наблюдать. Вновь в основе оказывается концепция. 

        3. Эксперимент на расстоянии 

Наконец, пусть  мир есть и его свойства есть. Можем ли мы в принципе их выявить непосредственно? 

Предположим, что  экспериментатор Е, находящийся  в городе А, намерен провести эксперимент  в лаборатории, расположенной в  городе В. Связь между городами только письменная, а время транспортировки  письма равно 5 дням. В лаборатории города В находятся лаборанты, знающие, что и как делать. Согласно предварительной договоренности опыт назначен на день D, причем лаборанты могут получить указание Е об отмене или изменении опыта, а также должны сообщить Е о его результатах немедленно по выполнении. Опыт имеет жизненно важное значение для Е, и от его результатов зависят все его дальнейшие поступки. До даты (D - 5) еще далеко, и Е волен взвесить все еще раз, письмом отменить опыт, перенести его, изменить и т.п. Он ничего не меняет, наступает день (D - 5). В последующие дни никакие действия Е не могут повлиять на проведение опыта. Последний состоится, а может и сорваться по независящим от Е причинам. Наступает день D. Происходит (или не происходит) событие, которое существенно влияет на судьбу Е, но еще в течение 5 дней никакой его поступок не обусловлен результатом эксперимента, поскольку даже произошел ли он - неизвестно. Наконец, приходит день D + 5, приходит письмо из В, дальнейшие действия определились. 

От настоящего момента времени до дня D - 5 существует будущее, в котором экспериментатор может как-то воздействовать на опыт. С другой стороны от даты D + 5 до настоящего момента существует прошлое, которое определяется тем, каким оказался результат опыта. Но имеется промежуток в 10 дней от D - 5 до D + 5, внутри которого причинно-следственные связи невозможны. То есть между действиями Е в период до D-5 и его действиями в период после D+5 (которые, вообще говоря, связаны причинно-следственной связью) существует промежуточное звено, проникнуть внутрь которого невозможно и о происходящем в котором можно только догадываться. Известны только начальные условия и конечный результат. 

Описанная выше ситуация с лабораториями в "разных городах", вообще говоря, соответствует  практически любому экспериментально изучаемому физическому явлению. 

Рассмотрим, например, рассеяние электрона на ионном облаке. Вначале имеется электрон, обладающий определенным импульсом и движущийся в направлении облака. Можно предотвратить  рассеяние (или изменить его условия), включив электрическое или магнитное поле, установив экран и т.п. Если это не сделано, наступает момент, когда электрон оказывается в непосредственной близости от облака, и предотвратить его прохождение сквозь облако невозможно. Наступает то самое время ожидания. Оно, безусловно, чрезвычайно мало, но оно конечно. При наличии регистрирующей аппаратуры мы наблюдаем результат: электрон прошел, не отклонившись; электрон отклонился на определенный угол (произошло рассеяние); электрон исчез (произошла рекомбинация электрона с ионом). Теперь мы можем предположить, какой характер имеет взаимодействие электрона с ионом, сделать оценку размера иона и т.п. Таким образом, в данном случае нас интересует как бы не сам эксперимент, т.е. факт пролета электрона через облако в присутствии или отсутствии некоторых неучитываемых воздействий, а именно эти воздействия, которые мы пытаемся изучить по результатам опыта. Интерпретация результатов неизбежно основывается на той или иной концепции. 

Мы пытаемся узнать о том, что происходит в "10-дневном" промежутке. Проверить свои домыслы непосредственно мы не можем, поскольку событий, связанных прямой причинно-следственной связью с нашим прошлым или будущим, в 10-дневном промежутке нет. Поэтому мы ищем такую модель, такие представления, которые наиболее точно отразят связь "воздействия" и "результата". 

Критериями правильности представлений о происходящих в  этой недоступной области явлениях могут служить: