S5. Второй позитивизм
Это второй семинар преподавателя Храмова Станислава Олеговича. На первом семинаре был small talk и общие разговоры о смысле философии, первом позитивизме.
Позитивизм (напоминание)
Позитивизм — идеология прогресса. Именно идеология, потому что философам несвойственно верить во что-то. У Жюля Верна в романах часто присутствует фигура учёного. Он самый мудрый, широко образованный человек, он знает ответы на все вопросы и никто не уходит обиженным, такой вот архетип. Ю/ль Верн не стал бы так популярен, не соответствуй этот архетип реальности. Сейчас такое преклонение перед наукой ушло. Фигура учёного в мировом поп-арте — представляют что-то вроде заумного Эйнштейна, показывающего язык. Эдакий яйцеголовый. С другой стороны, отношение к науке в принципе поменялось. Нас благодарят за гаджеты, но за теорию относительности поп-арт как правило благодарности не скажет.
С другой стороны многие дисциплины стали претендовать на научность, хотя научными они не являются. Так научная статья в физике — это эффективный способ доносить достоверные знания до своих коллег. В философии короткие статьи — это несвойственная данной дисциплине форма, здесь характерны полные книги, излагающие точку зрения автора в полной форме. Однако у нас есть KPI по статьям, так что философия вынуждена так "мимикрировать" под физику.
Вторая волна позитивизма
Представлена не столько профессиональными философами, сколько профессиональными учёными. Философы скорее поддакивают и смотрят за теми, кто делает основной мейнстрим. Мы видим здесь Эрнста Маха, Анри Пуанкаре, Кирхгофа. Это знакомые нам фамилии. Для нас, наверное, некоторый сюрприз, что эти учёные проявили себя на ниве философии. Но ведь это вроде бы ненормально — когда учёный занимается философией! Почему так получилось?
В науке данные учёные уперлись в ограничения: наступил болезненный научный кризис. Через философию учёные пытались обойти этот кризис. В чём суть кризиса? На основаниях ньютонианства, на программе механицизма, наука развивалась всё предыдущее время. Механицизм хорошо зафиксирован в трудах знаменитого учёного Лапласа. Это что-то вроде космологической концепции. По Лапласу, Вселенная сделана из ньютоновских тел (молекул), между которыми происходят ньютоновские взаимодействия: центральные взаимодействия, которые зависят только от масс и расстояний между друг другом. Центральные силы: это значит, они действуют по линии между центрами масс тел. Консервативные силы: это значит, они зависят от неменяющихся "зарядов" тел и расстояния между ними.
!(фото с телефона)
Народ поэтому смотрел на науку как: наука должна моделировать явления, причём наукой выступала механистическая модель. На этом основании у нас наука развивалась на протяжении двух столетий, начиная с Ньютона. Она встрепенулась после 1736 года, когда Эйлер опубликовал динамику точки, так что, вообще говоря, волна интереса к механике не сразу с Ньютона пошла, было небольшое затишье.
После 30х-40х годов 18 века начинается хороший рост науки, продолжавшийся на программе механицизма до конца 19 века. Но первые открытия в электродинамике показали: что-то не так. Ампер в 20-е годы показывает магнетизм, в котором нет центральных сил. Потом начались гениальные открытия Фарадея: он открыл не только индукцию, но и понятие поля. Причём сам Фарадей считал поле математической абстракцией. Однако впоследствие Фарадей стал полагать, что поле существует и в реальности само по себе, как некая новая сущность. Следующее поколение учёных, включая Максвелла, дают этой идее второе дыхание в уравнениях Максвелла. Тот придумал эти уравнения, как некую модель, основываясь на гидродинамической аналогии. Поле для него было не просто реальностью: он считал её какой-то жидкостью. Зная гидродинамику, можно судить, как похожи уравнения Максвелла на уравнения гидродинамики.
Уравнения Максвелла были получены и вызвали повсеместный скептизицм ровно до момента, пока Герц не обнаружил электромагнитную волну. Это убило все споры о существовании электромагнитного поля. Конечно, были споры о среде распространения волн, например, известный спор об эфире.
Если эфир — материальная среда, то есть механика, то для ультравысокочастотных волн эта среда должна быть удивительной плотности. Почему же она тогда не излучает?
Далее, оказалось, что уравнения Максвелла не инвариантны относительно преобразований Галиллея. Это колоссальная и гигантская проблема: на его преобразованиях зиждется наше понимание природы. Что в них самое важное? Нужно смотреть на то, что является инвариантом в любой теории.
Из инвариантов теории можно вывести законы сохранения, поэтому вопрос об инвариантах достаточно важен. Что стало инвариантом в новой теории? Ответ дан эйнштейном — скорость света. Но это было уже следующее после Максвелла поколение. А его поколение было в растерянности. Без возможности дать внятный ответ учёные начали заниматься философией, чтобы объяснить, что та онтология, в которые они верили раньше, оказалась несостоятельной. Ведь есть нецентральные силы, есть неконсервативные силы, завищсящие от скорости объектов. Мы видим, что эта модель рассыпается. Мы видим, что появляется новая модель поля, имеющего свою энергию. Электродинамика перевернула наше представление о природе. Её начинают использовать инженеры, конец 19 века проходит под знаком электричества. Сражаются инженеры за постоянный и переменный ток. Электродинамика стала мейнстримом.
Какое же преобразование нам нужно вместо Галилеевского, чтобы оно было инвариантным относительно уравнений Максвелла? Конечно же, преобразования Лоренца. Теория относительности, по сути, неразрывно поэтому связана с электродинамикой. Первая статья Эйнштейна так и называлась: !(точно?) некоторые аспекты в отношении электродинамических тел.
Мысленный эксперимент про две частицы
Допустим, есть две частицы, например, два отрицательно заряженных шарика. Между ними, естественно, Кулоновское отталкивание. А теперь мы начинаем двигаться относительно этих шариков. И теперь это не только два заряженных шарика: это и два параллельных тока одного заряда, текущих в одном направлении. Согласно закону Ампера, между двумя такими токами начинается взаимное притяжение. Причём в зависимости от нашей скорости меняется и сила взаимного притяжения? Что вообще происходит, в природе так не должно быть!
С какой скоростью тогда нужно двигаться, чтобы силы Кулона и Ампера совпали, чтобы между частицами полностью исчезло притяжение и отталкивание? Со скоростью света.
Но тут заранее заложены ошибки: мы не смотрим на инвариантность полей, релятивистские поправки на высокую скорость. Но если оставаться в лоне механицизма, то если двигаться со скоростью света, между ними вообще по идее должно пропасть всё взаимодействие, что полный абсурд и нонсенс.
!(нарисуй картинку)
Представители
Кто занимался вторым позитивизмом? Эрнст Мах, Анри Пуанкаре, Пьер Дюгем. У них разные годы рождения, но почти одинаковая дата смерти: начало первой мировой войны плюс-минус два года. Вместе с представителями вымерла и идея второго позитивизма.
Концепция второго позитивизма
!(2 фото с телефона)
У нас есть эмпирический опыт, уровень эмпирических закономерностей и уровень аксиом и теоретических законов. Эти аксиомы являются гипотезами, некоторым предположением.
Мах и Дюгем — это стрелочка вверх. от Эмпирии мы выводим эмпирические законы. И из них выводим теоретические законы. Ведь если у нас есть набор точек — так хочется провести между ними линию!
Но Пуанкаре считал, что есть и стрелочка вниз: Эмпирические законы берутся не только из эмпирии, но и из теоретических известных законов. Но откуда что-то новое берётся в теории? Тут и появляется дуга Эйнштейна: пунктир между эмпирией и теоретическим уровнем. Это связь озарения, связь интуитивная, когда человек много рассуждает над эмпирическими данными, потом выходит на новый подсознательный уровень. И подсознание в виде вспышки озарения рождает нам гипотезу. Прямой связи в виде анализа данных нет: озарение вытекает ещё и из местной культуры, местной политической обстановки, местных моральных стандартов в обществе.
Теорию относительности Эйнштейна потому и приняли так легко: он опирался ещё на культурные и моральные особенности в обществе его времени.
Пример: газовый закон
!(фото с телефона: рисунок линейной регрессии)
Уравнение состояния идеального газа: . Это выводилось из статистической физики из молекулярной модели, но проверялось на термодинамике. То есть, чтобы проверить уравнение состояния идеального газа, нам нужно было с одной стороны создать молекулярную модель. С другой стороны, это вытекло из чистых эмпирических данных. Следствия из теории прекрасно наложились на следствия из эмпирического опыта: мы будто сложили мозайку воедино. Произошло великое объединение двух теорий, причём на эмпирическом уровне.
p \~ T, (V=const)
V \~ T, (p=const)
Примечательно, что в школе рассказывается, что закон менделеева-клапейрона выводится из эмпирически установленных зависимостей !(см фото и там формулы). Но это не так! На самом деле уравнение состояния идеального газа выводилось иначе! С одной стороны, мы говорим, что легко из данной эмпирии вывести закономерность наверху. Но газ — это удивительно сложная вещь! И если попробовать действительно это сделать, могут вылезти совершенно невообразимые квантовые эффекты. Эмпирических законов здесь — недостаточно! Нужно было из теоретических допущений вывести то, что могло бы подтвердиться эмпирическими данными. Эмпирия нам дала только необходимость, но не достаточность, которая была обеспечена теоретическим уровнем.
Получается, что вышеописанные уравнения работают при настолько "дубовых" ограничениях и приближениях реального мира к теории. В термодинамике, например, всё хорошо, если теория согласуется с практикой процентов на 15-20.
Расширение человеческой психики неизбежно приводит к нелинейным эффектам, который обращает эту систему ВСЕГДА.
Дадим ещё несколько второстеменных замечаний о втором позитивизме.
Эрнст Мах: наука — экономия мышления.
Это чистая правда. Это хорошо понимают люди, которые очень много в себя впитывают информации. Им нужны мнемонические, теоретические, символьные системы для того, чтобы всё это запомнить. Основная проблема человека — это ограниченность его мышления. Ещё на физтехе мы можем заметить, что информация больше не влезает в голову. Именно тогда возникают трансдисциплинарные связи, возникает хороший кругозор. То есть можно так сильно заботать физику, что она перестаёт уже влезать. И мы переходим на некий новый уровень сознания, где возникают междисциплинарные связи, помогающие нам воспринять всё это знание. Физика становится для нас некой целостной наукой, неразрывно связанной между собой и с другими областями знания.
Мозг — это система, способная к довольно радикальному архивированию информации. Благодаря переходу на новый уровень рефлексии, мы начинаем за счёт проведения аналогий и применения образов, архивировать на порядки раз эффективнее любой программы-архиватора.
Анри Пуанкаре был, наверное, одним из последних людей, в которого математика ещё влезала целиком. Впоследствие эта наука стала настолько необъёмной, что это стало попросту невозможным.
Николя Бурбаки.
Стали появляться глубокие научные статьи. Оказалось, что Николя Бурбаки — это лишь псевдоним целой группы математиков, которые вели совместную научную деятельность.
Эрнст Мах: конвенционализм
Про это уже говорили (вставь)
Дюгем: Тезис Дюгема-Куайна
Физический эксперимент никогда не может привести к опровержению одной какой-либо изолированной гипотезы, а всегда к какой-либо группе теорий.
Другая формулировка той самой же идеи:
Теория никогда не взаимодействует с эмпирией в одиночку.
!(вставь фотографию)
Что имеет в виду Дюгем: когда мы фиксируем результат какого-то эксперимента, мы фиксируем результаты множества различных теорий. Измерив температуру в своём эксперименте, мы утверждаем, что доверяем физике твёрдого тела, термодинамике и другим наукам, которые в связке доказали, что термометру можно доверять. Пример в программировании: используя библиотеки в своём коде, мы доверяем разработчикам этих библиотек, что они работают именно так, как написано.
По Дюгему, когда мы находим несоответствие между экспериментом и теорией, то есть что-то неверное между этим. Но мы пока не можем ответить, что именно, мы можем просто пока что это констатировать.
Критерий Дюгема перехода к новой теории:
Наличие данной альтернативной теории
Большая простота альтернативной теории, где меньше лишних сущностей.
Тут как бы следствие бритвы Оккама.
Вторым позитивистом занимались настоящие учёные-профессионалы. Они тонко чувствовали особенности науки и верили в прогресс. Неудивительно, что третий позитивизм, которым занимались уже философы, прошёл довольно незаметно для общества.
Литература к прочтению:
Э. Мах "Механика"
А. Пуанкаре "Наука и гипотеза"
Last updated