Механистическая картина мира

Первая естественнонаучная картина мира сформировалась на основе изучения простейшей, механической формы движения материи. Она исследует законы перемещения земных и небесных тел в пространстве и времени. В дальнейшем, когда эти законы и принципы были перенесены на другие явления и процессы, они стали основой механистической картины мира.

Созданием классической механики наука обязана Ньютону, но почву для него подготовили Галилей и Кеплер, с краткой характеристики их научных результатов мы и начнем эту главу.

3.1. Галилей и Кеплер - научные предшественники Ньютона

Становление механистической картины мира справедливо связывают с именем Г. Галилея, который установил законы движения свободно падающих тел и сформулировал понятие об инерциальном движении и механический принцип относительности. Но главная заслуга Галилея состоит в том, что он впервые применил для исследования природы экспериментальный метод вместе с измерением изучаемых величин и математической обработкой их результатов. Если эксперименты спорадически ставились и раньше, то математический их анализ впервые систематически стал применять именно Галилей.

Подход Галилея к изучению природы принципиально отличался от ранее существовавшего натурфилософского подхода, при котором для объяснения явлений природы придумывались априорные, т.е. не связанные с опытом и наблюдениями, чисто умозрительные схемы.

Натурфилософия, как показывает ее название, представляет собой попытку использовать априорные философские принципы для объяснения конкретных явлений природы. Такие попытки предпринимались, начиная еще с античной эпохи, когда недостаток конкретных

данных ученые стремились компенсировать общими философскими рассуждениями. Иногда при этом высказывались гениальные догадки, которые на многие столетия опережали результаты конкретных исследований. Достаточно напомнить хотя бы об атомистической гипотезе строения вещества, которая была выдвинута древнегреческим философом Левкиппом (V в. до н.э.) и более детально разработана его учеником Демокритом. Однако, по мере того как постепенно возникали конкретные науки и отделялись от нерасчлененного философского знания, натурфилософские объяснения стали тормозом для развития науки. В этом можно убедиться, сравнив взгляды на движение Аристотеля и Галилея.

Исходя из априорной натурфилософской идеи, Аристотель считал «совершенным» движение по кругу, а Галилей, опираясь на наблюдения и мысленный эксперимент, ввел понятие инерциального движения. По его мнению, тело, не подверженное воздействию каких-либо внешних сил, будет двигаться не по кругу, а равномерно по прямой траектории или оставаться в покое. Такое представление, конечно, является абстракцией и идеализацией, поскольку в действительности нельзя наблюдать такой случай, чтобы на тело не действовали какие-либо силы. Однако эта абстракция является плодотворной, ибо она мысленно продолжает тот эксперимент, который приближенно можно осуществить в действительности, когда, по мере устранения воздействия на тело целого ряда внешних сил (трения, сопротивления воздуха и т.п.), можно установить, что оно будет продолжать свое движение. С помощью мысленного эксперимента, служащего продолжением реального эксперимента, можно вообразить, что при отсутствии воздействия любых внешних сил оно будет двигаться равномерно по прямой траектории бесконечно.

Переход к экспериментальному изучению природы и математической обработке результатов экспериментов позволил Галилею открыть законы движения свободно падающих тел. Принципиальное отличие нового метода исследования природы от натурфилософского подхода состояло, следовательно, в том, что в нем гипотезы систематически проверялись опытом.

Эксперимент можно рассматривать как вопрос, обращенный к природе. При этом необходимо так сформулировать вопрос к природе, чтобы получить на него вполне однозначный и определенный ответ.

Экспериментальный метод представляет собой активное вмешательство в реальные процессы и явления природы, а не пассивное их наблюдение. Для этого следует так построить эксперимент, чтобы по

возможности максимально изолироваться от воздействия посторонних факторов, которые мешают наблюдать изучаемое явление в «чистом виде». В свою очередь, гипотеза, представляющая собой вопрос к природе, должна допускать эмпирическую проверку выводимых из нее некоторых следствий. В этих целях, начиная с Галилея, стали широко использовать математику для количественной оценки результатов экспериментов.

Таким образом, новое экспериментальное естествознание в отличие от натурфилософских догадок и умозрений прошлого стало развиваться в тесном взаимодействии теории и опыта, когда каждая гипотеза или теоретическое утверждение систематически проверяются опытом и измерениями. Именно благодаря этому Галилею удалось опровергнуть прежнее предположение, высказанное еще Аристотелем, что путь падающего тела пропорционален его скорости. Предприняв эксперименты с падением тяжелых тел (пушечных ядер), Галилей убедился, что этот путь пропорционален их ускорению, равному 9,81 м/с². Из астрономических достижений Галилея следует отметить открытие спутников Юпитера, а также обнаружение пятен на Солнце и гор на Луне.

Новый крупный шаг в развитии естествознания ознаменовался открытием законов движения планет. Если Галилей имел дело с изучением движения земных тел, то немецкий астроном И. Кеплер (1571— 1630) начал исследовать движения небесных тел, а тем самым осмелился вторгнуться в область, которая раньше считалась запретной для науки. Конечно, для этого он не мог обратиться к эксперименту и поэтому для определения орбит и законов движения планет вынужден был воспользоваться многолетними систематическими наблюдениями движения планеты Марс, сделанными датским астрономом Т. Браге (1546—1601). Перепробовав множество вариантов, Кеплер остановился на гипотезе, что траекторией Марса, как и других планет, является не окружность, как думали до него, а эллипс. Результаты наблюдений Браге соответствовали этой гипотезе и, следовательно, подтверждали ее, поэтому можно было уверенно распространить полученный результат на орбиты других планет.

Открытие законов движения планет Кеплером имело неоценимое значение для развития естествознания. Оно свидетельствовало, во-первых, о том, что между движениями земных и небесных тел не существует непреодолимой пропасти, так как они подчиняются определенным естественным законам; во-вторых, сам способ открытия законов движения небесных тел в принципе не отличается от открытия законов движения земных тел.

Однако из-за невозможности осуществления экспериментов с небесными телами для исследования законов их движения пришлось обратиться к систематическим наблюдениям. Тем не менее и здесь исследования осуществлялись в тесном взаимодействии гипотез и наблюдений, с последующей тщательной проверкой выдвигаемых гипотез с помощью измерения движений небесных тел.

3.2. Классическая механика Ньютона

В своей работе по созданию теоретической механики Ньютон опирался прежде всего на открытые Галилеем принцип инерции и закон свободного падения тел. Принцип инерции относится лишь к случаям, когда на тело не действуют внешние силы. Но в реальном мире вряд ли можно наблюдать такие ситуации. Об этом свидетельствует, в частности, закон свободного падения тел.

Однако этот закон является лишь частным случаем прямолинейного равноускоренного движения тел под воздействием силы тяжести. Ньютон же поставил своей целью найти общий закон движения тел, на которые действуют любые силы, а их траектории могут быть самыми разными. Поскольку движение тела зависит от приложенной к нему силы, а сила придает телу ускорение, постольку необходимо было найти количественный, математический метод для определения ускорения. Поэтому формирование классической механики происходило по двум направлениям:

1) обобщения полученных ранее результатов, и прежде всего законов движения свободно падающих тел, открытых Галилеем, а также законов движения планет, сформулированных Кеплером;

2) создания методов для количественного, математического анализа механического движения в целом.

Известно, что Ньютон создал свой вариант дифференциального и интегрального исчислений непосредственно для решения основных проблем механики: определения мгновенной скорости движения как производной от пути по времени и ускорения как производной от скорости по времени, или второй производной. Благодаря этому ему удалось точно сформулировать основные законы динамики и закон всемирного тяготения. Теперь количественный подход к описанию движения кажется чем-то само собой разумеющимся, но в XVII— XVIII вв. это было крупнейшим завоеванием научной мысли. Для сравнения достаточно отметить, что китайская наука, несмотря на ее несомненные достижения в эмпирических областях (изобретение по-

роха, бумаги, компаса и др.), так и не смогла в то время подняться до установления количественных закономерностей движения.

Решающую же роль в становлении механики сыграл, как уже отмечалось, экспериментальный метод, который обеспечил возможность проверять все догадки, предположения и гипотезы с помощью тщательно продуманных опытов.

Ньютон, как и его предшественники, придавал большое значение наблюдениям и эксперименту, видя в них важнейший критерий для отделения ложных гипотез от истинных. Поэтому он резко выступал против допущения так называемых скрытых качеств, с помощью которых последователи Аристотеля и натурфилософы вообще пытались объяснить многие явления и процессы природы.

«Сказать, что каждый род вещей наделен особым скрытым качеством, при помощи которого он действует и производит эффекты, — указывал Ньютон, — значит ничего не сказать».

В связи с этим он выдвигает совершенно новый принцип исследования природы, который теперь характеризуют как метод принципов, а сам Ньютон называл их началами.

«Вывести два или три общих начала движения из явлений и после этого изложить, каким образом свойства и действия всех телесных вещей вытекают из этих явных начал, — было бы очень важным шагом в философии, хотя причины этих начал и не были еще открыты».

Эти начала движения и представляют собой основные законы механики, которые Ньютон точно формулирует в своем главном труде «Математические начала натуральной философии», опубликованном в 1687 г. Встречающийся в заглавии этой книги термин «натуральная философия» в XVII—XVIII вв. обозначал физику, важнейшей частью которой считалась механика. С изложения основных ее законов он и начинает свой труд.

Первый закон, который часто называют законом инерции, постулирует:

Всякое тело продолжает удерживаться в своем состоянии покоя или равномерного прямолинейного движения, пока и поскольку оно не понуждается приложенными силами изменить это состояние.

Конечно, в реальных условиях движения полностью освободиться от воздействия внешних сил на тело никогда нельзя. Поэтому закон инерции представляет собой идеализацию, в которой отвлекаются от действительно сложной картины движения и представляют себе картину идеальную, которую можно составить в воображении путем предельного перехода, т.е. мысленного уменьшения воздействия на тело внешних сил иперехода к такому состоянию, когда это воздействие станет равным нулю.

Раньше думали, что тело будет сразу же останавливаться после того, как прекратится действие на него силы. Так нам подсказывает интуиция, но она нас обманывает, потому что после действия силы тело пройдет еще некоторый путь. Этот путь будет тем больше, чем меньшее противодействие оказывают на тело внешние силы. Если бы было возможно полностью исключить действие внешних сил, то тело продолжало бы двигаться вечно. Такого научного подхода к анализу движения придерживался Галилей, а за ним и Ньютон. Основываясь на ошибочной интуиции, Аристотель в своей «Физике» выдвинул противоположный взгляд, который долгое время господствовал в науке.

«Движущееся тело останавливается, если сила, толкающая его, прекращает свое действие».

Таким образом, о движении и действующей на тело силе, с точки зрения Аристотеля, можно судить по наличию скорости, а не по изменению скорости или ускорению, как утверждал Ньютон.

Второй основной закон движения занимает в механике центральное место. В отличие от кажущихся представлений он показывает, что чем большая сила прилагается к телу, тем большее ускорение, а не просто скорость оно приобретает. Ведь в принципе тело, движущееся с постоянной скоростью и прямолинейно, не испытывает действия каких-либо сил.

Изменение количества движения пропорционально приложенной действующей силе и происходит по направлению той прямой, по которойэта сила действует.

F= dmv/dt =ma, где выражение dmv/dt обозначает производную от количества движения, т — массу, а — ускорение. Поскольку в механике масса считается величиной постоянной, то указанная производная характеризует прежде всего ускорение движущегося тела. Поэтому более кратко этот закон формулируют как равенство или, точнее, пропорциональность силы ускорению: F= та.

Если обозначить силу, с которой тело с массой т притягивается Землей, т.е. его вес, через Р, а ускорение силы тяжести через g, то получим формулу для выражения веса: P=mg. Именно этот частный случай движения тел под действием силы тяжести изучал Галилей. Если во втором законе Ньютон рассматривает любые силы и ускорения, то Галилей рассматривал только силу тяжести Р и постоянное ускорение g, которое приобретает тело под ее воздействием. Он установил закон, что путь S, пройденный телом под действием силы тяжести, пропорционален половине квадрата времени и не зависит от скорости. Коэффициентом пропорциональности здесь служит ускорение силы тяжести.

S=gt²/2.

Опыт показывает также, что масса, которая фигурирует в инерци-альном движении, или инертная масса, в точности равна массе тела, падающего под воздействием силы тяжести, или тяжелой массе. Однако этот результат в классической механике считался случайным совпадением, и только в общей теории относительности он нашел свое объяснение.

Третий закон Ньютона гласит:

Действию всегда есть равное и противоположно направленное противодействие, иначе, взаимодействия двух тел между собой равны и направлены в противоположные стороны.

F₁=-F₂

Возникает вопрос, каким способом были открыты эти основные законы механики?

Нередко говорят, что они получаются путем обобщения ранее установленных частных или специальных законов, какими являются, например, законы Галилея и Кеплера. Если рассуждать по законам логики, то такой взгляд нельзя признать правильным, ибо не существует никаких индуктивных правил получения достоверно истинных общих утверждений из частных.

Ньютон считал, что принципы механики устанавливаются с помощью двух противоположных, но в то же время взаимосвязанных методов — анализа и синтеза.

«Как в математике, так и в натуральной философии, — писал он, — исследованию трудных предметов методом анализа всегда должен предшествовать метод соединения. Такой анализ состоит в производстве опытов и наблюдений, извлечении общих заключений из них посредством индукции и недопущении иных возражений против заключений, кроме полученных из опыта или других достоверных истин. Ибо гипотезы не должны рассматриваться в экспериментальной философии. И хотя аргументация на основании опытов не является доказательством общих заключений, однако это лучший путь аргументации, допускаемый природой вещей, и может считаться тем более сильным, чем общее индукция. Путем такого анализа мы можем переходить от соединений к ингредиентам, от движений — к силам, их производящим, и вообще от действий — к их причинам, от частных причин — к более общим, пока аргумент не закончится наиболее общей причиной»¹.

Таков метод анализа, синтез же предполагает причины открытыми и установленными в качестве принципов; он состоит в объяснении при

¹ Ньютон И. Оптика, или Трактат об отражениях, преломлениях и изгибаниях света. М., 1927. С. 306.

помощи принципов явлений, происходящих от них, и доказательстве объяснений.

Чтобы ясно оценить революционный переворот, осуществленный Ньютоном в механике и точном естествознании в целом, необходимо прежде всего противопоставить его метод принципов чисто умозрительным построениям прежней натурфилософии и широко распространенным в его время гипотезам о скрытых качествах. Натурфилософские взгляды и представления в подавляющем большинстве были ничем не подкрепленными умозрениями и спекуляциями. Таким образом, заявление Ньютона о том, что гипотезы не должны рассматриваться в экспериментальной философии, было направлено именно против гипотез о скрытых качествах, а не против гипотез вообще. Ведь именно гипотезы о скрытых качествах невозможно проверить на опыте.

Подлинные же гипотезы, допускающие экспериментальную проверку, составляют основу и исходный пункт всех исследований в естествознании. Как нетрудно понять, сами принципы, или законы, механики тоже являются гипотезами весьма глубокого и общего характера, многократно проверенными и подтвержденными опытом и практикой. Эти принципы невозможно было открыть чисто индуктивно, посредством изучения частных случаев и их обобщения. Поэтому Ньютон утверждал, что анализу явлений должен предшествовать синтез, который опирается на воображение, мысленные эксперименты и творческую интуицию ученого.

Кроме того, при разработке своего метода принципов Ньютон ориентировался на аксиоматический метод, блестяще примененный Евклидом при построении элементарной геометрии. Благодаря своей логической точности и доказательности выводов этот метод до сих пор считается образцом научного изложения. Однако вместо аксиом Ньютон опирался на принципы, или основные законы, механики, а математические доказательства отличал от экспериментальных доказательств, поскольку последние имеют не строго достоверный, а лишь вероятностный, или правдоподобный, характер. Важно также обратить внимание на то, что знание принципов или законов, управляющих явлениями, не предполагает раскрытия их причин. В этом можно убедиться из оценки Ньютоном закона всемирного тяготения. Он всегда подчеркивал, что этот закон устанавливает лишь количественную зависимость силы тяготения от произведения величин тяготеющих масс и квадрата расстояния между ними.

где Fобозначает силу тяготения, m₁ и m₂ — тяготеющие массы, r — расстояние между ними, a g— постоянную тяготения.

%.

Что же касается причины тяготения, то он считал ее раскрытие делом дальнейших исследований. Ньютон полагал, что довольно того, что тяготение на самом деле существует и действует согласно изложенным нами законам и вполне достаточно для объяснения всех движений небесных тел и моря.

Открытие универсальной силы гравитации считается подлинным триумфом системы механики Ньютона. Эта сила действует между любыми телами во Вселенной, как бы велики или малы они ни были. Не случайно поэтому сам закон называют законом всемирного тяготения.

Как Ньютон пришел к его открытию?

Историки науки, изучившие не публиковавшиеся раньше рукописи Ньютона, обнаружили совершенно неизвестный до этого факт. Оказывается, он посвятил немало времени алхимическим исследованиям, пытаясь найти способ получения золота из других веществ. Изучая способность различных веществ вступать в химические реакции, он пришел к заключению о существовании определенной силы химического сродства между ними. Пытаясь найти более глубокую и общую причину этой силы, Ньютон обратился к астрономии и использовал точные математические методы для исследования взаимодействия тел во Вселенной. Неожиданно для себя он открыл универсальный закон гравитации, который не имеет прямого отношения к силе химического сродства между веществами, но является фундаментальным свойством всех тел, обладающих массой. Предполагалось, что гравитационные силы, или силы притяжения, между телами действуют без какой-либо промежуточной среды, в пустоте и мгновенно, но сила их убывает с квадратом расстояния между ними. Сам Ньютон, как мы отметили, вопрос о природе этих сил оставил решать будущим поколениям.

Поскольку в механике отвлекаются от качественных изменений тел, постольку для анализа их движения можно было широко пользоваться математическими абстракциями и созданным самим Ньютоном и одновременно с ним Г. Лейбницем (1646—1716) анализом бесконечно малых. Благодаря этому изучение механических процессов было сведено к их точному математическому описанию. Именно для математического описания механического движения Ньютон и создал дифференциальное и интегральное исчисления. С помощью дифференцирования можно определить мгновенную скорость движения материальной точки за любой бесконечно малый промежуток времени, а с помощью интегрирования — пройденный точкой путь. Под материальной точкой подразумевается идеальный образ тела, вся масса которого сосредоточена в одной точке. Такая идеализация значительно уп-

рощает математическое описание механического движения тел, которые можно рассматривать как системы материальных точек.

Переход от непосредственного описания эмпирических объектов к идеальным их образам, построению их математических моделей и последующему анализу системы идеальных объектов был началом становления теоретической науки в изучении природы. Этот переход имел неоценимое значение для дальнейшего развития естествознания. Замена планет материальными точками в задачах небесной механики крайне упрощало их решение, поскольку уже существовал готовый математический аппарат для вычислений.

Для описания движения материальной точки необходимо было найти прежде всего характеризующее его уравнение, которое математики называют обыкновенным дифференциальным уравнением. Таким образом, для точного и полного описания механического движения необходимо и достаточно было задать, во-первых, координаты тела и его скорость (или импульс mv) и, во-вторых, уравнение его движения. Все последующие состояния движущегося тела точно и однозначно определялись его начальным состоянием. Следовательно, задав это состояние, можно было определить любое другое его состояние, как в будущем, так и в прошлом. Вследствие этого исчезало всякое различие между настоящим, прошлым и будущим. Отвлечение от качественных различий между состояниями движущихся тел превращало механику в чисто абстрактную, математическую схему, которую посредством соответствующей интерпретации можно было соотнести с объективной реальностью.

Все перечисленные и некоторые другие особенности предопределили успех механики в изучении движений земных и небесных тел, точность ее предсказаний солнечных и лунных затмений, приливов и отливов и т. д. Благодаря этому она превратилась в парадигму точного исследования и предопределила пути развития классической науки.

3.3. Триумф ньютоновской картины мира

Ясность, убедительность и особенно точность предсказаний теории Ньютона оказали огромное влияние на его современников. Не зря поэтому его при жизни считали чуть ли не национальным героем, которому впервые удалось с помощью математики раскрыть законы, которыми управляется природа. Сам Ньютон не сомневался в универсальном характере открытых им законов и, по-видимому, считал возможным применить их для объяснения сил сцепления, горения, тепла, магне-

тизма и химического сродства. Некоторые его сторонники пытались применить точные количественные методы механики и в других науках. В химии А. Лавуазье стал систематически использовать весы для установления количественных соотношений между реагирующими веществами и тем самым положил начало применению количественных методов в этой науке.

Другие ученые видели преимущество метода Ньютона в установлении и точной формулировке основных принципов конкретной области исследования, из которых можно было логически вывести конкретные ее факты. Образцом для подражания для них служил закон всемирного тяготения. Некоторые шли еще дальше, придумывая разного рода силы для объяснения явлений, существенно отличающихся от механических. Виталисты, например, вновь возродили представление о таинственной жизненной силе, с помощью которой пытались по аналогии с механикой объяснить процессы, происходящие в живом организме. Более того, механические категории равновесия, порядка и закона некоторые политики и социологи пытались перенести на общественную жизнь. В связи с этим небезынтересно отметить, что родоначальник социологии О. Конт, недовольный проектами идеального устройства общества, призывал ученых тщательно исследовать конкретные социальные явления и процессы и опираться в своих прогнозах на идеалы теории Ньютона. Если все подобные попытки использования ньютоновской теории оказались безуспешными, тогда в чем состоят действительные ее преимущества?

Во-первых, Ньютону впервые удалось осуществить грандиозный синтез, объединив в рамках единой теории явления и процессы, происходящие на Земле и во Вселенной. Прежнее противопоставление небесного мира миру земному, свойственное Античности и Средним векам, сменилось признанием взаимосвязи и единства между ними: все они подчиняются общим законам движения. Среди них важнейшую роль играет закон всемирного тяготения, который показывает, что и мельчайшие атомы, и гигантские небесные тела управляются силой гравитации.

Во-вторых, у Ньютона наука выступает как активное начало процесса взаимодействия человечества с окружающим миром, благодаря которому оно в состоянии более рационально организовать свою жизнь. Знания, которые дает наука, способны предсказывать протекающие в природе явления и процессы, позволяя использовать силы природы на благо человека, облегчая его труд.

В-третьих, ньютоновская теория, точные логические и эмпирические методы стали широко использоваться для критического анализа и обос-

5-925

нования научных знаний. Дедуктивный и экспериментальный методы открыли надежный путь для проверки соответствия положений науки объективной реальности. Такой критический и экспериментальный подход к знанию получил дальнейшее развитие в современной науке.

В-четвертых, именно в теории Ньютона впервые количественные, математические методы были применены для исследования природы. Достижения древних греков в области математики общеизвестны, но, за редкими исключениями (например, в трудах Архимеда), они не применялись для изучения природы. Аристотель даже считал, что количественные методы и математика применимы лишь в божественном мире небесных тел, а в подлунном, земном мире, где все подвержено случайности и неопределенности, возможно лишь приближенное описание действительности.

Эти успехи ньютоновской картины мира предопределили широкое распространение ее принципов за пределами механики.

3.4. Основные принципы механистической картины мира

Открытие принципов механики действительно означает подлинно революционный переворот, который связан с переходом от натурфилософских догадок и гипотез о «скрытых» качествах и подобных спекулятивных измышлений к точному экспериментальному естествознанию, в котором предположения, гипотезы и теоретические построения проверялись наблюдениями и экспериментами. Поэтому возникновение механики было крупным шагом в изучении природы, которое началось с простейшей формы движения материи — законов механического перемещения земных и небесных тел в пространстве с течением времени. Поэтому механику как науку не следует отождествлять с механицизмом, т.е. со стремлением распространить ее понятия и законы на другие процессы и формы движения материи, а тем более на весь мир в целом. Но именно такое стремление характерно для механистического мировоззрения, сторонники которого рассматривали природу как огромный механизм и поэтому переносили на нее понятия и принципы механики. Чтобы получить более ясное представление об этом, рассмотрим, как вполне справедливые в механике законы переносились на другие области явлений и весь мир в целом, где они оказывались неприменимыми, и поэтому стали исходной основой механистического мировоззрения.

Принцип обратимости, или симметрии, времени.Поскольку при заданных начальных условиях состояние движения механической сиc-

темы как в будущем, так и в прошлом зависит только от начальных условий, то в уравнениях движения механики знак времени можно менять на обратный. Если направление времени от прошлого к настоящему и будущему назовем положительным, а от настоящего к прошлому — отрицательным, то перемена направления никак не отразится на характере времени. Следовательно, при механическом истолковании времени этот параметр не будет отображать процесс реального изменения состояния движущихся тел с течением времени. Поэтому время не только в механике и классической физике, но даже в квантовой механике имеет обратимый характер. Это означает, что направление времени никак не учитывается в физике. Поэтому его можно менять на обратное, т.е. рассматривать движение как в сторону будущего, так и прошлого. Очевидно, что подобное представление является схематизацией и упрощением реальных процессов, поскольку оно абстрагируется от фактических изменений, происходящих с телами с течением времени.

Таким образом, для механистической картины мира в целом характерна симметрия процессов во времени, которая выражается в обратимости времени. Отсюда легко возникает иллюзия, что никаких реальных изменений при механическом перемещении тел не происходит.

Итак, все состояния механического движения тел по отношению ко времени оказываются в принципе одинаковыми, поскольку время считается обратимым.

Как это ни покажется удивительным, но такое представление о времени, как простом геометрическом параметре движения, впервые было подвергнуто критике только после того, когда физики стали изучать тепловые процессы в термодинамике, которые имеют ясно выраженный необратимый характер. Но и впоследствии проблема пересмотра понятия времени в физике не была по-настоящему поставлена и ученые в своих уравнениях не учитывали направления времени и продолжали считать настоящее одинаковым с прошлым и будущим. В качестве иллюстрации такого подхода можно использовать киноленту, на которой заснято падение камня в воду. Если начать демонстрировать ее с конца, то зритель увидит, как камень выскакивает из воды и затем начинает двигаться в воздухе, пока не попадет в руку бросившего его человека. Несмотря на такую парадоксальную картину, представление об обратимости времени прочно укоренилось в физике. Даже в современных физических учениях — теории относительности и квантовой механике — время продолжают рассматривать как простой параметр, направление которого можно менять на обратное. Только в новейших

5*

научных исследованиях по неравновесной термодинамике, особенно в синергетике, такие представления начали подвергаться серьезной критике. Между тем принцип симметрии, или обратимости времени, противоречит не только нашим интуитивным представлениям и жизненному опыту, но и результатам исследований биологических и социальных систем, которые ясно свидетельствуют об изменении и развитии живых и общественных систем с течением времени.

Принцип механического детерминизма.Все механические процессы подчиняются принципу строгого, или жесткого, детерминизма, суть которого состоит в признании возможности точного и однозначного определения состояния механической системы ее предыдущим состоянием.

Согласно этому принципу, случайность целиком исключается из природы. Все в мире строго детерминировано, или предопределено, и задано предшествующими состояниями, событиями и явлениями. При распространении указанного принципа на действия и поведение людей неизбежно приходят к фатализму, т.е. вере в фатум, рок, предопределенность судьбы человека.

Сам окружающий нас мир в механистической картине превращается в грандиозную машину, все последующие состояния которой точно и однозначно определяются ее предшествующими состояниями. Такую точку зрения наиболее ясно и образно выразил выдающийся французский ученый П. Лаплас (1749—1827):

«Ум, которому были бы известны для какого-либо данного момента все силы, одушевляющие природу, если бы вдобавок он оказался достаточно обширным, чтобы подчинить все данные анализу, обнял бы в одной формуле движения величайших тел Вселенной наравне с движениями легчайших атомов; не осталось бы ничего, что было бы для него недостоверно, и будущее, так же как и прошедшее, предстало бы перед его взором».

Конечно, сам Лаплас, придумавший существо, обладающее указанными способностями, которого впоследствии стали называть «демоном Лапласа», хотел показать противоречие между возможностями теоретических предсказаний классической механики и практической их реализацией в действительности. Такие предсказания в механике опираются только на признание детерминистических законов, заключения из которых имеют достоверный, или строго однозначный, характер. Так как в классической механике рассматриваются лишь необходимые связи или отношения между явлениями или событиями, то и законы, управляющие ими, имеют такой же строго необходимый характер. Следствия, или предсказания, полученные из них, считаются вполне достоверными. Поэтому в механистической картине мира

совершенно исключаются случайные явления. По мнению Лапласа, случайными мы называем такие явления, причины возникновения которых остаются пока неизвестными. Как только мы познаем их, они станут достоверными и необходимыми. Конечно, в абстракции можно вообразить мир, в котором действуют только детерминистические законы, но такой мир мало похож на реальный, в котором наряду с необходимостью действует также случайность. Чем сложнее и запутаннее явления и процессы, изучаемые такими отраслями естествознания, как химия, биология, физиология, не говоря уже о социальных и экономических науках, тем большую роль играет в них случайность. Поэтому для предсказания случайных массовых явлений необходимо было располагать специфическими приемами и методами их исследования.

Статистические приемы изучения случайных явлений и вероятностные методы их предсказаний, хотя издавна использовались в страховом деле, демографии и других областях практической деятельности, в естествознании стали применяться лишь в середине XIX в.