Методология науки
Основные работы в области методологии науки
Построение научных моделейПостроение научных моделей
X
Механические модели явлений в науке XIX века
«Методологически; дискуссии о роли моделей как орудий познания возникли на базе успешного использования модельных представлений Фарадеем, проводившим свои экспериментальные исследования по электричеству с помощью наглядных геометрических образов силовых линий и многочисленных механических моделей эфира.
Эти образы и модели не только помогли Максвеллу интерпретировать его знаменитые уравнения электромагнитного поля, но и сыграли известную роль в их открытии.
Мысленные механические модели были чувственно-наглядной и методологической опорой и при разработке теории теплового движения и создании теории химического строения А.М. Бутлеровым и А. Кекуле. Искусными изобретателями механических моделей для объяснения электромагнитных процессов были В. Томсон (Кельвин), Г. Лоренц и многие другие физики и химики.
«Балтиморские лекции» Томсона (W. Thomson. Baltimore lectures on molecular dynamics and wave theory of light. London, 1904) полны описаний моделей, состоящих из шаров, маховых колес, пружин, тяг, гироскопов и других составных частей, свойственных механическим устройствам, не менее широко пользовался механическими целями и Максвелл при построении своей электромагнитной теории. Выведенные им основные уравнения электромагнитного поля опирались на гипотезу молекулярных вихрей, в которой эфир, или материальная среда, как носитель электромагнитных явлений, изображался в виде модели следующим образом.
Расположенные вдоль магнитных силовых линий молекулярные вихри (оси которых касательны к силовым линиям), вращаясь в одну и ту же сторону, взаимодействуют друг с другом посредством круглых частичек, проложенных между вихрями. Эти частицы, поступательное движение которых создаёт электрический ток, находятся постоянно в соприкосновении качения (без трения скольжения) с обоими вихрями, которые они разделяют. «Если хотят, - поясняет Максвелл, - чтобы в механизме два колеса вращались в одном и том же направлении, то между ними ставят третье колесо, находящееся в сцеплении с обоими (это колесо называется холостым). Указанное выше предположение является гипотезой о существовании слоя частиц, действующих наподобие этих холостых колёс». Перед нами типичная механическая модель такого, как мы теперь знаем, немеханического явления, как электромагнетизм.
Как же оценивали познавательное качение моделей их создатели?
Широко известно высказывание В. Томсона о построении модели как обязательном условии понимания внутренней сущности изучаемого явления. Вот его подлинные слова на этот счет: «Я никогда не чувствую себя удовлетворенным до тех пор, пока не смогу построить механическую модель изучаемой вещи. Если я могу построить её механическую модель, я её понимаю. До тех пор пока я не могу построить её механическую модель, я её но понимаю в течение всего этого времени; вот почему я не понимаю электромагнитной теории. Я твёрдо верю в электромагнитную теорию света, и, когда мы поймём и электричество, и магнетизм, и свет, мы увидим их как части единого целого. Но я хочу понять свет как можно лучше, не вводя вещей, которые мы понимаем ещё меньше. Вот почему я ограничиваюсь чистой динамикой. Я могу построить модель в чистой динамике, но не могу этого сделать в электромагнетизме». […]
Характеризуя метод моделей, применяемый особенно широко Фарадеем, Максвеллом, Томсоном и их поcледователями, Дюгем следующим образом описывает механизм свойственный, по его мнению, английским физикам: «На каждом шагу вы найдёте здесь верёвки, переброшенные через кольца и несущие тяжести, трубки, из которых одни насасывают воду, другие разбухают, стягиваются и растягиваются, зубчатые колёса, оцепленные между собою или с зубчатыми стержнями. Мы надеялись попасть в мирное и заботливо упорядоченное хозяйство дедуктивного разума, а попали в какой-то завод».
[…] Ниже мы ещё вернёмся к взглядам Дюгема на познавательное значение моделей, здесь же отметим, что Дюгем, как, впрочем, многие другие критики механицизма, изображает методологические приемы английских физиков в явно карикатурном и одностороннем виде.
Тщательный анализ взглядов Максвелла и Томсона на модели и аналогии показывает, что, несмотря на наличие в их воззрениях элементов механицизма, они на деле не стояли безоговорочно на вульгарно-механистической точке зрения, приписываемой им их критиками и противниками из лагеря идеализма. Действительно, Максвелл и Томсон считали механические модели способом познания и понимания изучаемого явления.
Так, например, одна из многочисленных моделей Томсона, с помощью которой изображались свойства гипотетического эфира, представляет собой конструкцию, состоящую из сфер. Каждая такая сфера находится в центре тетраэдра, образованного её четырьмя ближайшими соседями, и соединена с ниши при помощи жёстких стержней, которые имеют специальные головки, чтобы свободно скользить по сферам. На каждом стержне имеется по два снабжённых гироскопами маховика, вращающихся с равной, но противоположно направленной угловой скоростью, так что оси вращения совпадают с направлением стержней. Такая конструкция ведёт себя вследствие своих механических свойств подобно несжимаемой идеальной жидкости.
Однако вряд ли Томсон или кто-либо другой из физиков XIX в. считал, что такое странное сооружение действительно заполняет всё пространство, начиная от внутримолекулярных, кончая межпланетными и межзвёздными масштабами. Но так как поведение подобных моделей сходно с поведением воображаемой жидкости, то подобная модель могла рассматриваться как ступенька к более глубокому познанию внутренней структуры этой «жидкости», а следовательно, и самого эфира».
Штофф В.А., Моделирование и философия, М.-Л., «Наука», 1966 г., с. 39-41.
