Наука прогрессивна или консервативна? На примере Эйнштейна

В нашем современном мире мы считаем, что наука естественным образом идет рука об руку с прогрессом. Эти два понятия воспринимаются почти как синонимы. Наука – это прогресс; “я верю в науку, как я верю в прогресс”. Затем мы считаем себя прогрессивными, как сторонники прогресса, “движущиеся вперед” в этимологическом смысле этого слова. Прогресс часто противопоставляется консерватизму, при этом последний рассматривается как символ инерции, то есть сопротивления изменениям. В глазах широкой публики и прогрессивных интеллектуалов наука, которая постоянно развивается, не может быть консервативной. Под консервативностью подразумевается сохранение, охрана и поддержание вещей, структур и неизменных идей. Но является ли наука только прогрессивной?

Научные идеи часто рассматриваются как революционные, стирающие прошлое, tabula rasa. Однако, хотя идеи эволюционируют, меняются и модифицируются, они все же сохраняют некоторые старые смыслы, которые вдохновляют новые. В этом контексте мы видим, что наука сохраняет больше, чем меняет. Но ведь это не противоречит прогрессу. На самом деле, сама основа науки подчиняется закону сохранения, несмотря на то, что находится в постоянном движении.

Что касается ученых, Альберт Эйнштейн является знаменитым символом как научного, так и политического прогресса. Мы часто слышим, что он произвел революцию в физике и нашем понимании природы. Однако историческая реальность сложнее, чем мы думаем. Эйнштейн мог быть убежденным консерватором во многих аспектах, в то время как другие ученые, которые воспринимаются нами как более консервативные, в действительности были более открыты для прогресса.

Эта статья исследует противоречия и колебания между прогрессом и консерватизмом, присущие науке и людям, которые ее формируют, на примере выдающегося Эйнштейна. Мы будем отстаивать тезис о том, что науки строятся по образу природы, то есть сохраняют то, что нужно сохранить, и постоянно эволюционируют, чтобы выжить. В конце мы поддержим идею существования взаимодополняемости, а не дихотомии между прогрессом и консерватизмом в построении науки.

Эйнштейн против Бора: революционеры или консерваторы?

По сравнению с его теорией относительности, Эйнштейн менее известен широкой публике своей работой в квантовой физике, которая, тем не менее, принесла ему Нобелевскую премию по физике 1921 года. Его интерпретация фотоэлектрического эффекта в одной из его четырех статей 1905 года ввела идею световых частиц, или световых квантов, ныне известных как фотоны. Опираясь на работу Макса Планка 1899 года, другого выдающегося немецкого физика, и экспериментальные исследования Генриха Герца 1897 года, Эйнштейн написал в 1905 году, по мнению некоторых, свою лучшую статью, потому что он смог продемонстрировать свойство природы, которое все еще обсуждалось в то время, а именно существование элементарных частиц.

Хотя гипотеза энергетических квантов была предложена Планком в 1899 году, Эйнштейн был первым, кто сделал решающий шаг и принял квантовую природу материи на микроскопическом уровне. Его объяснение, простое и элегантное, было наиболее удобным способом описания природы, то есть наблюдения явлений. Тем не менее, он не был среди тех, кто полностью революционизировал атомную физику. Он решительно выступал против работы Копенгагенской школы и ее лидера, Нильса Бора. Выступал ли он против теоретических результатов? Нет, он выступал против философской интерпретации этих результатов.

Квантовая физика основана на идее внутренней случайности в природе. Принцип неопределенности, сформулированный Вернером Гейзенбергом в 1927 году, дает наиболее четкую формулировку этой концепции. Формулировка этого принципа говорит нам, что невозможно одновременно знать положение и скорость движущейся частицы. Более того, если мы знаем неопределенность в измерении положения, то неопределенность в измерении скорости по крайней мере равна определенному значению, которое обратно пропорционально первой неопределенности. Из-за этой фундаментальной неопределенности классическое описание материи больше не работает. Мы больше не можем, как Ньютон, описывать частицу как материальную точку. Поэтому необходимо другое представление.

В 1926 году Эрвин Шрёдингер предложил уравнение, ныне носящее его имя, которое описывает динамику частицы с помощью волновой функции. Таким образом, частица рассматривается как волна на атомном уровне и как частица на нашем уровне. Удивительно то, что, наоборот, в случае света сначала было показано, что он ведет себя как волна (согласно работам Томаса Юнга в 1804 году, Джеймса Клерка Максвелла в 1850 году и Генриха Рудольфа Герца в 1898 году), а затем в 1905 году было показано, что он ведет себя как частица, знаменитый фотон.

Это кажется противоречивым: свет является одновременно волной и частицей. Что касается атомной материи, мы сталкиваемся с аналогичной проблемой. Действительно, частица ведет себя как волна, но когда мы наблюдаем эту частицу, мы видим ее как частицу. Для разрешения этой проблемы в интерпретации квантовой физики физик Нильс Бор сформулировал в 1928 году одну из величайших идей в философии науки двадцатого века: принцип дополнительности.

Принцип дополнительности предполагает, что два различных взгляда могут точно описывать природу материи, несмотря на их кажущуюся противоположность. Является ли частица материальной точкой или волной? Она является и тем, и другим, в зависимости от того, как вы ее наблюдаете. Но тогда, какое описание реальности является правильным? Вопрос бессмысленный, ответил Бор Эйнштейну во время Сольвейской конференции 1927 года, которая собрала величайших физиков того времени. Эйнштейн не принял ответ Бора, и каждый вечер Эйнштейн предлагал Бору новые проблемы, чтобы показать ему внутренние противоречия в новой квантовой теории.

Однако Бор всегда находил ответ, согласующийся с принципами, и в конечном итоге его теория укрепилась. Кто был консервативным? Эйнштейн? Нет, потому что он хотел революционизировать физику. И все же он непоколебимо придерживался старой доброй классической физики и идеи о том, что “Бог не играет в кости”. Бор? Нет, потому что он революционизировал классические концепции физики. И все же он придерживался идеи о том, что природа не такова, какой мы ее считали, и ответил: “Кто ты, Альберт Эйнштейн, чтобы указывать Богу, что делать?” Так кто же из этих двух ученых был прогрессивным?

Настоящим революционером был Нильс Бор, потому что он сформулировал первую недетерминистическую физическую теорию, которая представляла собой радикальное изменение в способе мышления и рассуждения. Однако он отстаивал право природы быть такой, какая она есть, и долг науки описывать эту природу такой, какая она есть. Природа имеет свой собственный внутренний порядок, и мы не можем его изменить или заставить соответствовать нашим желаниям. Бор не стремился изменить природу; он просто сформулировал теорию, которая представляла ее как можно более точно, и стремился применить эту теорию для точного описания экспериментальных результатов, которые она предоставляла.

В этом смысле он был консервативным или, как выразился Джон Арчибальд Уилер, “смелым консерватором” (интересно, что, следуя этому размышлению, Дж. А. Уилер также ввел понятие “радикального консерватизма). С другой стороны, Эйнштейн хотел, чтобы природа была такой, какой он считал, что она должна быть. Он стремился революционизировать наше онтологическое понимание того, что такое природа, в то время как Бор стремился революционизировать наше представление, наше понимание природы; он революционизировал эпистемологию, а не онтологию. Оба мужчины были, по-своему, и консервативными, и прогрессивными, но они не соглашались в подходе к построению новой физики. Эйнштейн рассматривал детерминизм как фундаментальный принцип природы, в то время как для Бора принцип дополнительности позволял лучше понять сложность природы.

Эйнштейн против Пуанкаре: ‘Tabula Rasa’ против непрерывности

Давайте на мгновение остановимся на том, что сделало Эйнштейна знаменитым: теории относительности. В своей статье 1905 года, annus mirabilis, Эйнштейн, как говорят, навсегда изменил наше представление о времени, пространстве и материи. Однако Анри Пуанкаре первым заговорил о принципе относительности и показал эквивалентность массы и энергии для электромагнитной энергии. В своей книге “Наука и гипотеза” 1902 года он отрицал существование абсолютного пространства и времени и первым рассмотрел возможность использования неевклидовой геометрии в физике, если она станет более удобной для описания природы. Таким образом, он был революционером еще до Эйнштейна!

Однако работа Эйнштейна гораздо более известна, чем работа Пуанкаре. Есть несколько причин для этого. С одной стороны, Пуанкаре был скромным и смиренным до такой степени, что написал в своей работе по теории относительности, представленной в 1905 году, относительно работы Лоренца:

“Результаты, которые я получил, согласуются во всех важных пунктах с результатами Лоренца; я лишь был вынужден модифицировать и дополнить их в некоторых незначительных деталях”.

Это преуменьшение! Он сделал гораздо больше, выведя правильные уравнения для преобразований между двумя относительно движущимися системами отсчета и, несколько месяцев спустя, правильно сформулировав принцип наименьшего действия, который объединил механику с электромагнетизмом. Но он не хотел приписывать себе всю заслугу. В отличие от этого, Эйнштейн не цитировал никаких статей в своей публикации и даже не упомянул работу Пуанкаре! Но причина глубже. В то время как Эйнштейн хотел начать с нуля, устранить идею существования эфира и заявить о переосмыслении законов физики, Пуанкаре был более осторожен. Пуанкаре (1902) обсуждал идею о том, что эфир больше не полезен в физике, потому что абсолютное движение не воспринимается, и в конечном итоге эта гипотеза может исчезнуть в будущем.

Он не говорил, что абсолютное движение не существует; он просто отметил, что современные эксперименты показали, что оно неизмеримо, поэтому нет необходимости его обсуждать, и что относительное движение является единственным, что мы можем наблюдать. Пуанкаре был более консервативен в своем подходе, стремясь сохранить непрерывность в развитии физики, в то время как Эйнштейн хотел произвести революцию. Пуанкаре был более осторожен в своих утверждениях, в то время как Эйнштейн был более категоричен. Эйнштейн хотел tabula rasa, чистого листа, чтобы начать все заново. Это то, что сделало его знаменитым: он был воспринят как революционер, в то время как Пуанкаре был воспринят как более консервативный. Но кто из них был более прогрессивным? Кто из них был более научным?

Наука: прогрессивная или консервативная?

Наука прогрессивна по своей природе, потому что она постоянно развивается. Она всегда стремится к лучшему пониманию природы. Однако она также консервативна, потому что она основана на принципе, который никогда не меняется: законы природы неизменны. Этот принцип является основой науки. Без него наука была бы невозможна. Наука также консервативна, потому что она основана на экспериментах, которые должны быть воспроизводимы. Если эксперимент не может быть воспроизведен, он не считается научным. Это означает, что наука должна быть основана на стабильных и неизменных законах природы. Наука также консервативна, потому что она основана на математике, которая является наиболее стабильной из всех наук. Математика не меняется; она только расширяется. Наконец, наука консервативна, потому что она основана на логике, которая также неизменна.

Однако наука также прогрессивна, потому что она постоянно ищет новые идеи и новые способы понимания природы. Она всегда готова отбросить старые идеи, если они больше не соответствуют наблюдениям. Наука прогрессивна, потому что она основана на принципе фальсифицируемости: любая научная теория должна быть способна быть опровергнутой. Если теория не может быть опровергнута, она не считается научной. Это означает, что наука всегда открыта для новых идей и новых способов понимания природы.

Таким образом, наука одновременно прогрессивна и консервативна. Она прогрессивна в своем постоянном поиске новых идей и новых способов понимания природы, но она консервативна в своей приверженности неизменным законам природы и логике. Эта двойственность является источником силы науки. Она позволяет науке быть одновременно стабильной и динамичной, надежной и инновационной.

Заключение

Наука не является ни исключительно прогрессивной, ни исключительно консервативной. Она является и тем, и другим одновременно. Она прогрессивна в своем постоянном поиске новых идей и новых способов понимания природы, но она консервативна в своей приверженности неизменным законам природы и логике. Эта двойственность является источником силы науки. Она позволяет науке быть одновременно стабильной и динамичной, надежной и инновационной.

Ученые, как Эйнштейн и Бор, могут быть одновременно прогрессивными и консервативными в своих подходах. Они могут стремиться к революционным изменениям в нашем понимании природы, но при этом оставаться верными фундаментальным принципам науки. Эта способность балансировать между прогрессом и консервацией является ключевой для успеха науки.

В конечном счете, наука не является ни прогрессивной, ни консервативной в политическом смысле этих терминов. Она просто стремится к истине, используя методы, которые доказали свою эффективность на протяжении веков. Эта приверженность истине и методу является тем, что делает науку уникальным и мощным инструментом для понимания мира вокруг нас.

По мотивам статьи Матье Бо, доктора философии, научного сотрудника Массачусетского университета в Бостоне.

Примечания

Прогресс здесь понимается как движение вперед, улучшение, развитие в положительном направлении.
Эфир был гипотетической средой, которая, как считалось, заполняла все пространство и через которую распространялись электромагнитные волны, включая свет.

Литература

Bohr, N. 1928. The quantum postulate and the recent development of atomic theory. Nature 121: 580–590.
Einstein, A. 1905a. Über einen die Erzeugung und Verwandlung des Lichtes betreffenden heuristischen Gesichtspunkt. Annalen der Physik 17: 132–148.
Zur Elektrodynamik bewegter Körper. Annalen der Physik 17: 891–921.
Heisenberg, W. 1971. Physics and Beyond: Encounters and Conversations. New York: Harper & Row.
Poincaré, H. 1902. La Science et l’Hypothèse. Paris: Flammarion.
Sur la dynamique de l’électron. Comptes Rendus de l’Académie des Sciences 140: 1504–1508.
Sur la dynamique de l’électron. Rendiconti del Circolo Matematico di Palermo 21: 129–176.
Thorne, K.S. 2019. John Wheeler, relativity, and quantum information. Physics Today 72(4): 40–46.
Wheeler, J.A. 1985. Physics in Copenhagen in 1934 and 1935. In Niels Bohr: A Centenary Volume, edited by A.P. French and P.J. Kennedy, 221–226. Cambridge, MA: Harvard University Press.