Моделирование реальности: история науки, техники и цивилизации

Бутина-Шабаль Светлана

Космология Аристотеля-Птолемея была сконструирована столь основательно, что позволяла бесконечно совершенствовать феноменологическое описание движений в небесной сфере и на земле, не давая очевидного повода пересматривать существующую картину мира. Но в определенный момент рамки общепринятого мышления вдруг разрываются. Этот исторический феномен определяется как первая научная революция, которая имела свои сформировавшиеся предпосылки, а именно – качественно новые теоретические представления, ставшие научными сущностями.

Научная сущность

В XIV веке Николай Орем создает новый метод математического моделирования реальности – метод координат: по горизонтальной оси откладывается время, по вертикальной оси – скорость.

На этой схеме угол между касательной к кривой и горизонтальной осью соответствует ускорению. До этого не существовало теоретического понятия «ускорение», оно могло лишь связываться с образом ускоряющегося тела. В системе координат ускорение оторвалось от материально-чувственного представления и стало «углом между…» – научной сущностью, которая получалась в результате определенного применения алгоритма и которая задала совершенно новый способ мышления, порывающий с принципом «мир таков, каким я его вижу» (выводом из повседневности). Физические явления, будучи свойствами тел или формами их существования, оторвались от тел и стали существовать сами по себе, переместившись из телесно ориентированного образа в математический объект, абстракцию, или научную сущность. Научная сущность представляла собой мельчайший, ибо далее неделимый атом, но уже не вещества, а динамического взаимоотношения, взаимодействия объектов. За научными сущностями (математическими объектами) была признана объективная реальность, которую во всей полноте стремится открыть научное исследование. В период первой научной революции ученые исходят из исключительной важности измерений, расчетов и математических преобразований. Галилей вводит в механику точный количественный эксперимент и математическое описание явлений и утверждает: «Книга природы написана языком математики».

Принцип «мир таков, каким я его вижу» оказался дискредитированным. Появилась убежденность, что подлинный мир таков, каким его схватывает математика, каким он предстает в форме научных сущностей. Птолемей, конструируя теоретические представления о движении планет, признавал тождество кажущихся (чувственных) и истинных (математически смоделированных) движений небесных тел, подгоняя инструментальные математические модели: деференты, эпициклы, размеры и наклоны кругов вращения планет, – для согласования с наблюдаемым положением. Коперник, именем которого названа первая научная революция, исходил из принципиально иного: необходимо различать кажущиеся и истинные движения. А поскольку физика в аристотелианской системе была единой с космологией, заменить можно было только все сразу. И преодоление старой системы мышления произошло как преодоление геоцентризма в трактате Николая Коперника «De revolutionibus»¹⁴ , противопоставленном «Альмагесту» Птолемея.

В этот момент казавшиеся ранее допустимыми неточности прогнозов и расхождения расчетов с наблюдениями оказались критическими. «Хотя Клавдий Птолемей Александрийский, стоящий впереди других по своему удивительному хитроумию и тщательности … завершил создание этой науки почти до такой степени, что, кажется, ничего не осталось, чего он не достиг бы, – писал Коперник во вступлении к «De revolutionibus», – мы все-таки видим, что многое не согласуется с тем, что должно было бы вытекать из его положений».

Коперниканская революция

Идейным предшественником Коперника был Кузанский (Николай Кребс), который сформулировал новый – не из разряда очевидности – космологический принцип «любая точка во Вселенной одинаково удалена от бога» – исторически первый для физики принцип относительности и симметрии Вселенной. Этот принцип существует как аксиома Кузанского, утверждающая, что каждая точка Космоса может рассматриваться как центр бесконечно большой сферы, из которой следует, что все точки и направления во Вселенной принципиально равноправны и каждое тело, будучи неисчерпаемым, отражает всю Вселенную. Аксиома Кузанского являлась полным отрицанием качественного различия между земной и небесной физикой. По сути, Кузанский ввел представление об однородном и изотропном евклидовом пространстве математики в физику. Коперник применил принцип равноценности всех точек и направлений в пространстве для формирования новой картины мира.

Загадочные

закономерности движения планет, их петлеобразные, прямые и попятные траектории, уловленные Птолемеем в громоздкую многоярусную систему деферентов, эпициклов и подогнанных углов наклонов орбит, стали объясняться лишь движением Земли вокруг своей оси и вокруг Солнца. Впервые была составлена правильная схема Солнечной системы, и впервые были установлены верные соотношения между расстояниями планет до Солнца. За единицу Коперник принял расстояние от Солнца до Земли – так называемую астрономическую единицу, что позволило схематизированное представление о планетах трансформировать в модель Солнечной системы, где относительные расстояния планет от Солнца почти совпали с современными значениями.

Коперниканская революция в естествознании заключалась в фундаментальном изменении картины мира, которое началось с прорыва за рамки естественной для человека видимости, с отделения точки умозрения от точки физического зрения, отчего Земля потеряла преимущество центра мира. Божественный надлунный мир перестал существовать как недосягаемый и качественно отличный от мира подлунного. Космос оказался качественно однородным пространством, где всякая точка равно удалена от бога и где, как это выяснилось несколько позже, нет ничего идеального, в том числе и аристотелевских круговых и равномерных движений звезд. Католическая церковь стала бороться против «противоречащего священному писанию» учения, дабы оно не распространялось, нанося ущерб католической истине. И сам Коперник, будучи религиозным человеком и каноником, переживал глубокий психологический кризис.

Смена глобального представления о мире началась с допущения иного, немыслимого из опыта или традиционного миротолкования, что церковь всегда предусмотрительно запрещала как еретическое. Допущение иного осуществилось как моделирование иных возможных планетных движений, после чего коперниканская революция привела к полной смене физической картины мира, переориентировала все естествознание, которое получило новые основы физики и механики. Однако новая модель мира требовала для своего подтверждения качественно иной практики, выходящей за рамки обыденного опыта и пассивного наблюдения, и на эту потребность ответила целенаправленная программная экспериментальная деятельность.

Основы экспериментальной физики были заложены Галилео Галилеем. Исследовательским принципом Галилея стало творческое сомнение, поэтому получение нового научного знания осуществлялось путем проведения экспериментов и последующего обобщения их результатов с помощью математики, ибо «книга природы написана языком математики». Суть его («индуктивного») метода заключалась в том, чтобы сначала наблюдать и анализировать много частных явлений, затем постепенно приближать эти явления к идеальным условиям, в которых законы Природы могли бы проявиться в чистом виде. Такое научное экспериментирование позволило установить первые универсальные (справедливые как для земных, так и для небесных тел) законы (закон инерции и закон свободного падения), сформулированные математически.

Существовал и альтернативный метод, который практиковал, к примеру, другой пионер практической астрономии. Иоганн Кеплер исходил из математических образов гармонии и симметрии во вселенной и искал их подтверждение в фактическом материале. Его предшественник Тихо Браге шестнадцать лет без перерыва наблюдал положения Марса среди других звезд, и Кеплер, получивший в наследство научные труды Браге, которые содержали точные фиксации положений звезд и планет, сокращал бесконечные вычислительные операции путем угадывания принципиальных зависимостей. Шаг за шагом анализируя наблюдения Браге, Кеплер воссоздал пространственную орбиту Марса и определил ее форму. Последовательно перебирая геометрические фигуры, Кеплер заметил, что эллипс, в одном из фокусов которого находится Солнце, достаточно точно накладывается на орбиту Марса. По описанию Кеплера, это как бы заставило его проснуться и увидеть «новый свет». Далее, Кеплер проверил, совпадают ли с эллипсом орбиты других планет, откуда и родился Первый закон Кеплера: «Все планеты движутся по эллипсам, в одном из фокусов которых находится Солнце». Так эллипс заменил громоздкую систему деферентов и эпициклов. Имея в виду это открытие, говорили, что Кеплер «смел паутину с неба», поэтому он стал «законодателем неба».