Предисловие автора сайта. Предлагаю Вашему вниманию вступительную лекцию заслуженного профе́ссора Петроградского университета О. Д. Хво́льсона «Знание и вера в физике», прочитанную перед началом осеннего семестра 1915 года. Прошло больше ста лет с того времени, а актуальность рассматриваемых в лекции вопросов по-прежнему высока. И сегодняшним студентам-физикам следует вдумчиво прочесть и осмыслить данный материал. Уверен, что здесь найдут много полезного для формирования своих занятий и молодые преподаватели ВУЗов.

Владимир Каланов.

Содержание физики может быть разделено на три части. К первой части относятся явления качественного характера, ко второй — законы количественные; к третьей — объяснения явлений.

В третьей части следует отличать:
а) объяснения, основанные на доказательстве, что данное явление или закон есть логически выводимое следствие уже известного;
б) объяснения на основании какой-либо гипотезы.

В этом ряду часть 3 (а), как мы увидим, сейчас не представляет для нас никакого интереса, так как она не имеет самостоятельного значения.

Итак, мы имеем следующие части:
1. Явления качественного характера.
2. Законы количественные.
3. Объяснения.
    а) Логические следствия уже известного;
    б) Гипотезы.

На чертеже схематически или, если угодно, символически показано, какие роли играют знание и вера в трех главных частях физики, номера которых [1, 2 и 3, b], отмечены на оси абсцисс ОМ. Положим, что ординаты прямой FЕ соответствуют полному знанию или полной вере, без примеси другого элемента. Прямые AD и СЕ схематически изображают, какие роли играют знание (АD) и вера (СЕ) в указанных трех частях физики. В части 1-й знание (ОА) не вполне господствует; к нему примешивается некоторое количество веры (ОC). Во второй части вера (LН) уже значительно преобладает над знанием (LК); наконец в части 3, b знание падает до нуля, а вера (DЕ) господствует, и только ею держится весь научный материал этой части физики.

Всё это я теперь и постараюсь выяснить. Начнём с первой части, в которой мы имеем дело с фактами качественного характера: рассматриваются разного рода явления, условия их возникновения и вообще описываются свойства вещества. Но здесь, прежде всего, следует вот на что обратить внимание.

Если явление наблюдалось другим лицом, то мы, очевидно, уже не можем обойтись без того, чтобы отнестись с доверием к этому, почти всегда совершенно нам чужому, незнакомому наблюдателю. Если мы сами наблюдали явление, то опять-таки мы не обойдемся без доверия к самому́ себе, к нашему умению правильно наблюдать, правильно интерпретировать то, что мы видим. Итак, ясно, что даже в части первой вера играет некоторую роль.

Необходимо принять во внимание, что весьма часто происходит следующее: один наблюдатель находит какое-нибудь явление; другой этого явления не находит, не видит, он оспаривает правильность наблюдений первого, и на этой почве возникают иногда весьма продолжительные, споры. Где же причина таких разногласий? Оказывается, что таких причин может быть, главным образом, три.

• Причина первая. Всякое явление есть результат многих действующих причин, от которых зависят течение, облик и характер явления. Назовём эти причины факторами. Наблюдатель связывает то, что он наблюдает, с каким-либо определенным фактором, между тем как впоследствии нередко оказывается, что данное явление связано с совершенно другой причиной, другим фактором. Здесь дело вовсе не касается объяснения явления, которому посвящена часть третья, здесь идет речь о самом явлении, т. е. о тех условиях, при которых явление возникает и которые нераздельно связаны с его описанием.

Я приведу для ясности несколько примеров. Положим, кто-нибудь наблюдает, что если сжимать такое-то тело, получается то или другое явление. Он полагает, что это явление есть следствие именно сжатия, т. е. приближения молекул тела друг к другу. Другой наблюдатель подтверждает это явление, третий — также.

Но впоследствии оказывается, что другие наблюдатели не подтверждают существования этого явления. В конце концов выясняется, что рассматриваемое явление вовсе не есть следствие сжатия как такового, а следствие того изменения температуры, которым сопровождается всякое сжатие.

Возьмём другой пример. Некий учёный открывает какие-либо особые свойства азота, второй, третий учёные подтверждают это открытие, но четвёртый и пятый не находят указанного свойства азота. В конце концов оказывается, что первые наблюдатели брали азот из воздуха, а последние пользовались азотом, химически приготовленным. Наконец обнаружилось, что то явление, которое было приписано азоту, принадлежит аргону, который, как вы знаете, приме́шан к атмосферному воздуху.

Ещё один пример. Допу́стим, какой-нибудь наблюдатель находит, что такой-то газ необычайно сильно отступает от закона Мариотта, что он очень сильно сжима́ется. Одни подтверждают, другие не подтверждают этого явления. В конце концов оказывается, что этот газ обладает удивительным сво́йством в необыкновенно большом количестве приставать к стенкам сосуда, вследствие чего кажущаяся сжимаемость, понятно, гораздо больше действительной. Я привел эти три примера, нетрудно было бы привести сотни и тысячи примеров такой неправильной интерпретации того, что наблюдается.

Вторая причина возможного разногласия результатов наблюдений различных исследователей заключается в том, что могут существовать факторы, нам вовсе незнакомые, ещё не открытые. Припомните, что не так давно открыты радиоактивность, лучи Рентгена и т. д. Несомненно, что ещё много есть тайн в природе; много ещё есть таких факторов, наличность которых нами и не подозревается. Условия возникновения явления могут быть поэтому совсем не те, которые в данном случае предполагались.

В-третьих, разногласия могут происходить от той роли, которую при наблюдении явления могут играть разного рода обманы наших чувств. Но, само собой разумеется, существует огромное число физических явлений, которые можно назвать безусловно достоверными. Отклонение магнитной стрелки под влиянием тока — это уже относится к чистому знанию. Можно привести ещё немало примеров, но всё же вы не можете не согласиться со мною, что даже в первой из трёх частей физики, в описании явлений и условий их возникновения, уже является, как графически и символически изображено на чертеже, элемент веры.

• Вторая часть физики — это область количественных законов. Здесь, как изображено на рисунке, вера уже значительно преобладает над знанием. И действительно, спросите себя, откуда мы знаем о существовании физических законов, т. е. об определенной зависимости между двумя физическими величинами x и y?

Возьмём пример: зависимость количества теплоты Q, выделяющейся в проводнике при прохождении через него электрического тока силы i. Эта зависимость выражается известной вам формулой Q= Ci², в которой С есть множитель пропорциональности.

Откуда мы знаем об этом законе? Как его проверить? Проверить закон можно только путем измерения. Мы должны измерить ряд сил тока i₁, i₂ i₃, i₄ и т.д., и мы должны измерить соответствующие количества теплоты Q1, Q2, Q3, Q4, выделяющейся в проволоке.

Но вы знаете, что всякое измерение неизбежно сопряжено с ошибками и обладает лишь некоторой определенной степенью точности. Неизбежные ошибки наблюдений происходят от свойств измерительных приборов, от недостатков наших органов чувств и от недостаточного навыка и умения производить наблюдения.

Закон на опытах подтверждается всегда лишь приблизительно, в пределах ошибок наблюдений. Мы, например, увеличиваем силу тока, стараясь это сделать в отношении 1:2:3:4, и получаем количества теплоты приблизительно в отношении чисел 1, 4, 9, 16 и т. д. Где же тут закон? Что нам даёт право из этих только приблизительных чисел выводить закон? Чем мы руководствуемся? А вот чем.

Во-первых, мы верим в существование закона.
Во-вторых, мы верим, что закон должен быть прост.

Мы убеждены, что закон вида i² гораздо более вероятен, чем закон, например, вида i^2,004. Между тем опыт не даёт нам возможности решить, который из этих двух законов более справедлив. Достоверности достичь путем измерения совершенно невозможно. Всегда остается сомнение в том, действительно ли закон существует в той форме, которую мы ему приписываем.

• Закон всемирного тяготения, как известно, выражается формулой:

Но несмотря на все подтверждения этого закона той частью астрономии, которая называется небесною механикой, мы всё-таки не можем достичь безусловной уверенности в том, что приведенная формула не должна быть заменена другой, вида:

где а весьма малая, дробная величина. Возможны и другие формы, например:

,

где p и q числа, больше двух, и а и Ь весьма малые числовые величины. Допустима также мысль, что сила F зависит не только от масс m и m` притягивающихся тел и от их взаимного расстояния r, но также от их относительных скорости v и ускорения w. Так, например, была предложена формула вида:

,

где a и b два постоянных числа, и даже была построена видоизмененная небесная механика, в основу которой была положена эта последняя формула.

Следует, далее, иметь в виду, что почти каждый физический закон верен лишь в определенных пределах. Обратимся, например, к закону Мариотта. Было время, когда предполагали, что газы вполне точно следуют этому закону, и никто в этом не сомневался, ибо он удовлетворял нашему априорному убеждению, что закон должен быть простым. Однако он оказался неверным.

Бывают случаи, когда закон может быть выведен теоретически, и как раз он относится к закону нагревания проводников электрическим током, о котором мы говорили. Но в этом случае закон, в сущности, сливается с исходным положением и его достоверность одинакова с достоверностью основ, из которых он выводится.

Итак, вы видите, что в законы мы должны и можем почти только верить и что, следовательно, во второй из вышеуказанных частей физики вера играет уже огромную роль. Конечно, здесь несомненно имеется также наличность и знания, существуют достоверные законы.

Но отыскать и указать их гораздо труднее, чем вы это, вероятно, предполагаете. Вы, например, укажете мне на закон сохранения массы и на закон сохранения энергии как на законы, достоверно установленные. Однако за последнее время наука дошла до того, что она даже рядом с этими законами ставит вопросительные знаки.

Конечно, если закон незыблемо установлен, если с точностью известны пределы, в которых он верен, то мы имеем дело с чистым знанием. Но такое знание во второй части физики нелегко найти, и вы видите, что в этой части, тракту́ющей о законах физики, вера, несомненно, сильно преобладает над знанием.

• Перейдём теперь к третьей части физики, которая занимается объяснением явлений. Здесь объяснение может сводиться к доказательству, что данное явление представляется логическим следствием того, что уже раньше было известно и в науке утвердилось.

Объяснение сводится, в данном случае, к тому, что мы новое явление логически связываем с тем научным материалом, который уже раньше был найден. Достоверность вывода будет полная, если он сделан правильно, то есть без ошибок, но достоверность объяснения при этом, очевидно, будет такая же, как и достоверность исходного материала.

Главная сущность физики как науки заключается в построениях, основанных на определенных гипотезах. К необходимости введения гипотез мы приходим следующим путем. Мы объясняем какой-нибудь факт b, факт c и т. д. Мы имеем, таким образом, цепь фактов. Где же эта цепь кончается? Несомненно, какой-нибудь гипотезой, т. е. предположением о существовании в природе какого-либо агента или свойства вещества, которые являются основной причиной для целой группы явлений.

В этой области мы уже имеем исключительно только чистую веру. Ни о каком знании здесь не может быть и речи. Это видно уже из того, что весьма часто определённую гипотезу одни учёные принимают, т. е. в неё верят, а другие учёные её отвергают, в неё не верят...

Ещё лучше это иллюстрируется тем фактом, что для объяснения одной и той же группы явлений весьма часто существует множество различных гипотез, между которыми предоставляется выбор, нередко зависящий от личных свойств, от наклонностей и априорных убеждений того, кто этот выбор делает.

Здесь чистая вера, и о знании не может быть и речи, так как при его наличности гипотеза перестала бы быть гипотезой, т. е. таким предположением, которое по существу представляет собой нечто недостоверное. Когда от гипотезы приходится отказаться, тогда рушится все то научное здание, которое на ней построено. На моём веку́ было много примеров быстро развивавшихся отдельных частей нашей науки, основанных на какой-либо гипотезе, а затем от такого здания ничего не оставалось...

• Курьёзнее всего, что в этой области бывают случаи, когда не только нет знания, но когда и вера отсутствует. Это тот случай, когда составляются гипотезы на время, в надежде, что они хотя бы в некоторых своих чертах соответствуют действительности. Такие гипотезы могут принести науке большую пользу. Они получили особое название: их называют рабочими гипотезами.

Исчезновение гипотезы возможно в двух случаях. Во-первых, когда открывается явление, которое безусловно противоречит гипотезе, с ней не совместимой, тогда, понятно, от гипотезы приходится отказаться. Затем бывают случаи, когда гипотеза постепенно приближается к достоверности, и тогда уже мы имеем действительное знание.

Такое приближение гипотезы к достоверности может происходить двумя путями. Во-первых, когда мы имеем огромное, безграничное число подтверждений всего того, что на данной гипотезе построено. Сюда относится, например, гипотеза о вращении Земли вокруг своей оси и вокруг Солнца...

Затем бывают случаи, когда непосредственное наблюдение убеждает нас в правильности гипотезы, когда то, что предполагалось, делается для нас непосредственно воспринимаемым. Сюда относится, например, молекулярная гипотеза, которая ныне перестала быть гипотезой. Я буду иметь случай показать вам через некоторое время одно явление, в котором почти ощущается присутствие молекул (бро́уновское движение), В указанных двух случаях гипотеза перестает быть гипотезой, и вера переходит в знание. Но число таких случаев весьма ограниченно.

В виде примера того, как с течением времени меняется отношение учёных к какой-либо гипотезе, я укажу на всем вам известную гипотезу об эфире. Не так давно было время, когда эту гипотезу считали одной из наиболее близких к достоверности. Величайший физик второй половины прошлого столетия Вильям Томсон писал, что мы об эфире больше знаем, чем о материи. С тех пор прошло каких-нибудь 20 лет, и взгляд на эфир совершенно изменился. Надо сказать, что в настоящее время понятием «эфир» в науке вовсе не пользуются, и потому теперь большое число выдающихся учёных совершенно отрицают его существование...

Итак, ясно, что ко всем гипотезам мы должны относиться с величайшим скептицизмом. Гипотезы — это область чистой веры, и ни о каком знании в этой области не может быть и речи.

• Теперь я скажу самое главное: именно в части 3, b заключается истинная сущность физики как науки. Части первая и вторая, т. е. явления качественного характера и количественные законы, содержат лишь тот разрозненный, сырой материал, т. е. кирпичи, из которых строится здание науки.

Истинная наука заключается не в перечне явлений и законов, а в построении теории явлений, то есть в соединении большого количества фактов и законов в одно стройное целое, достойное названия научного здания; фундаментом его служит определенная гипотеза.

Существуют гипотезы основные, на которых построена громадная часть наших научных зданий. Существует, кроме того, весьма большое число более мелких гипотез, придуманных для объяснения небольшого числа явлений. Вот в этой-то части, которая составляет истинную сущность физики как науки и которая превращает физику из конгломерата разрозненных фактов и законов в стройное научное здание, в этой основной области, как вы видите, знанию нет места и играет роль исключительно одна только вера.

Я думаю, вы убедились, какую громадную роль играет в нашей науке вера и какую сравнительно малую роль играет действительное знание.

• Я перехожу к последней части — к выводам из всего предыдущего. Прежде всего я ставлю вопрос: к чему приводит неправильная оценка той роли, которую знание играет в науке? Я думаю, что она приводит к великим и опасным заблуждениям.

Тот, кто полагает, что в науке вера никакой роли не играет и что наука преисполнена знанием, что мы очень многое, а может быть и все, или почти всё, знаем, тот переоценивает познавательную способность человека, безгранично расширяет область якобы познаваемого и, сам того не замечая, впадает в грубейшие ошибки.

Он начинает страдать как бы манией умственного величия, полагая, что для него уже не существует мировых загадок, что у него готово для них полное решение. На такой-то почве вырос тот печальный плод научного недомыслия, который называется материализмом и который в настоящее время уже кончает свое бесплодное существование.

На этой же почве выросло не менее печальное современное заблуждение, так называемый монизм. Около середины прошлого столетия (на момент лекции, прим. В.К.) на почве быстрых и действительно больших успехов естественных наук, в том числе физики и химии, расцвёл материализм, полагающий, что все без исключения наблюдаемые явления возникают только благодаря разнообразным свойствам материи.

Сюда же были отнесены и все явления жизни, психики, сознания и так далее. Тогда-то появилась прелестная мысль, что мысли суть такие же выделения мозга, как, например, желчь есть выделение печени. Путем дальнейшего вырождения возник современный монизм, который, как вы знаете, не допускает никакой двойственности, а тем более множественности первоисточников всего соверша́ющегося в мире.

Это жалкое заблуждение зиждется на гордели́вом предположении, что разум человека может всё охватить, ибо для него нет ничего недоступного. А это неверно! Разум человека имеет свои пределы, за которыми лежит то, что остаётся навсегда для него скрытым, и только наивное непонимание той роли, которую играют в жизни человека маленькое наше знание и огромная, всюду проникающая вера, может привести к мысли, что человек когда-либо поймет то, что лежит за этими пределами.

Нетрудно указать на ряд вопросов, лежащих вне этих пределов. Я ограничусь указанием четырёх.

1. Проблема пространства и времени; вопрос об их конечности или бесконечности, одинаково непостижимых, одинаково приводящих к неразрешимым противоречиям.
2. Проблема жизни; вопрос о разнице между живым и мёртвым.
3. Проблема сознания, наличность которого каждым из нас ясно ощущается.
4. Проблема свободы воли.

• Можно было бы указать и другие. Много тайн человечеством разгадано; спрашивается: не будут ли и эти проблемы разрешены со временем? Это вопрос веры. Но несомненно существуют пределы, за которые разум человека проникнуть не может.

Конечно, нельзя запретить работать над разгадкой этих проблем, ибо слишком велика́ жажда человека проникнуть за те завесы, за которыми скрываются от нас величайшие тайны. Но непростительно думать, что мы уже перешагнули через пропасть, отделяющую от нас недоступное нашему познава́нию, как это считает своим догма́том современный монизм, утверждающий, что на все вопросы найдены ответы, что никаких мировых загадок уже более не существует.

Наивной и опасной ошибкой следует, поэтому, признать отрицание трансцендентного, т. е. лежащего вне пределов познаваемого, а следовательно, и отрицание всего сверхъестественного. Конечно, представляется величайшей нелепостью всякая попытка перетянуть сверхъестественное в область естественного, то есть воспринимаемого нашими о́рганами чувств.

Сюда относятся спиритизм, оккультизм и тому подобные заблуждения. Но, как самодовле́ющая сущность, трансцендентное, не познаваемое опытом есть предмет веры. Безусловно отрицать трансцендентное и относиться к нему с насмешливым высокомерием может лишь тот, кто не понимает роли знания и веры в науке. Я старался вам показать, как невелико наше знание и как громадна роль веры, избрав ту науку, которой я сам занимаюсь в течение более 40 лет.

Если вы поняли роль веры в науке, которую наивные люди отождествляют со знанием, то вы, я в этом уверен, преиспо́лнитесь терпимостью ко всему, что составляет предмет веры, и, подвергая спокойному анализу ваши личные переживания, поставите веру на подобающее ей место.

Да, личные переживания — вот, по моему убеждению, тот глубокий, неисчерпаемый источник, из которого для каждого из нас вырастает вера во всех её формах и разновидностях, начиная от всегда шаткой веры в самого́ себя и до веры в Бога, безразлично, как бы каждый ни понимал по-своему этот объект чистейшей веры.

Оканчивая, я возвращусь к началу и ещё раз укажу на ту цель, которую я имел в виду при сегодняшней нашей беседе.

Я хотел повлиять на вас, чтобы вы не придавали науке того значения, которого она не имеет. Значение науки так велико́, что оно не может быть выражено никакими словами. Это тот светоч, без которого мы окружены́ безнадежной темнотой. Но не следует переносить это значение за те пределы, через которые не проникают и никогда не проникнут лучи этого светоча; не следует науку класть на прокрустово ложе, полагая, что она всё может, что она даёт или даст ответы на все вопросы.

Беру на себя смелость сказать: остерегайтесь, чтобы этот светоч не сыграл для вас роли того огня, в котором гибнет ночная бабочка. Запомните твердо ту роль, которую в науке играет вера, и сохраните навсегда в себе этот чудный дар — способность верить, без которого жизнь невозможна.

О. Д. Хво́льсон, 1915 год