А вот еще одна важная особенность, отличающая обобщения, выражаемые в законах науки, от тех, к которым мы приходим на основании простой индукции.
Возьмем для примера одно из основоположений классической механики, которое называется законом инерции. Вы помните, что согласно этому закону, всякое тело, на которое не действует внешняя ему сила, находится в состоянии покоя или равномерного прямолинейного и бесконечного движения. Но разве можно прийти к формулировке этого закона на основании индуктивного обобщения данных опыта? Где это вы видели, чтобы тело само по себе, без всякого внешнего воздействия двигалось, тем более прямолинейно, равномерно и бесконечно? Если уж индуктивно обобщать то, что мы действительно наблюдаем в опыте, мы, скорее, должны прийти к совершенно другому утверждению: всякое тело движется только до тех пор, пока на него воздействует внешняя ему сила. Как только это воздействие прекращается, прекращается и движение. Что касается траектории движения этого тела, то она может быть какой угодно, но только не прямолинейной. Примерно так рассуждал великий ученый и философ древности Аристотель, когда он формулировал основные законы своей теории механического движения. Законы механики в понимании Аристотеля как раз и являются индуктивными обобщениями данных опыта. Эти законы, как мы видим, противоречат законам классической механики Ньютона. Но тогда возникает естественный вопрос: а в каком же отношении к опыту находятся законы ньютоновской механики?
Это можно понять в том случае, если мы учтем, что для современного научного мышления характерно противопоставление «явления», т. е. того, что мы непосредственно наблюдаем в нашем обычном опыте, и «сути», или «сущности» вещей, т. е. таких процессов, которые очень сложно, а иногда и невозможно прямо наблюдать, но от которых зависит то, что дано в нашем опыте. Попробуем разобраться в этом.
Представьте себе, что вы сели в поезд. Как только поезд двинулся, все предметы за его окном пришли в движение. Вы однако понимаете, что в действительности движутся не предметы за окном, а ваш поезд. Ибо вы знаете, что все, что находится за окном, довольно прочно прикреплено к земле и не может двигаться. Значит, видимость движения этих предметов связана с движением поезда. (Между прочим, если бы предметы за окном могли двигаться так же свободно и в таком же ритме, как ваш поезд, вы не могли бы определить, что именно пришло в движение: то, что за окном, или вы вместе с поездом.) Вы много раз стояли на платформе и наблюдали проносящиеся мимо вас составы. Поэтому вам несложно представить себе, как выглядит с точки зрения постороннего наблюдателя движущийся поезд, в котором вы находитесь. Итак, в данном случае, «явление» для вас — это движение предметов за окном поезда, а реальная «суть» дела — движение поезда. Для того, чтобы перейти от «явления» к «сути», достаточно выйти из вагона, встать на платформу и наблюдать за движением состава. Сделать это нетрудно.
Но вот более сложный случай. Каждый из нас ежедневно наблюдает движение Солнца и каждую ночь видит движение звезд по небосклону. В результате индуктивных обобщений ученые-астрономы составили траектории этих движений для разных месяцев года и для разных широт земной поверхности. Эти траектории для многих звезд оказались довольно запутанными. Но вот Коперник высказал мысль о том, что движение небесных светил оказывается гораздо более понятным, простым и предсказуемым в том случае, если мы предположим, что не Солнце движется по небу (как нам кажется в нашем опыте), а Земля вращается вокруг Солнца. Если мы представим себя находящимися на Солнце, то мы увидим, что наша планета Земля движется по небосклону. Конечно, мы не можем попасть на Солнце и наблюдать оттуда Землю (это невозможно и сейчас, тем более во времена Коперника). Но мысленно, в воображении представить себе это мы можем. В случае с поездом мы видим движение предметов за окном, когда мы находимся в движущемся поезде, и движение поезда, когда мы стоим на платформе. По аналогии (т. е. по определенному сходству случаев) мы можем представить себя находящимися на Солнце и наблюдающими движение Земли. Итак, движение Солнца и звезд по небу оказывается «явлением» или даже «видимостью», а вращение Земли вокруг Солнца «сутью» дела.
Но вот еще более сложный случай. Представим себе физическое тело, на которое не действует никакая внешняя сила и движению которого среда совершенно не оказывает сопротивления. Вы можете сказать, что такая ситуация невозможна, потому что всегда существует какая-то среда, и, если она существует, она обязательно будет оказывать сопротивление движению. И вы будете совершенно правы. Однако попробуем представить себе то, что невозможно в обычном опыте. Ведь в нашем опыте невозможно также и попасть на Солнце и наблюдать оттуда движение Земли. Но как только мы сумели представить себе эту ситуацию, мы смогли разобраться в сложных и запутанных движениях небесных светил, которые невозможно было понять до тех пор, пока мы исходили из того, что движется не Земля, а Солнце. Поэтому попытаемся все же вообразить то, что невозможно в нашем обычном опыте, и выяснить, как будет вести себя тело в этой странной ситуации. Мы очень легко придем к выводу, что в подобных условиях движущееся тело будет двигаться бесконечно, так как ничто не тормозит его движения. Тело будет двигаться также прямолинейно, так как для того, чтобы оно изменило свою траекторию, на него должно подействовать нечто извне — внешняя сила или среда (действие среды и есть частный случай воздействия внешней силы). Тело будет двигаться равномерно, так как если на него ничто не воздействует, у нас нет оснований предполагать, что его скорость вдруг начнет самопроизвольно меняться. Но это и означает действие закона инерции, т. е. первого закона классической механики. Мы можем предполагать, что этот закон формулирует «суть» механического движения, скрытую за «явлениями». Если мы знаем эту «суть», мы сможем понять и разнообразные явления.
Однако в этом пункте наших рассуждений возникает естественный протест. Откуда вы взяли, что именно придуманная вами необычная ситуация, а не какая-нибудь иная, выражает «суть» механических процессов? Можно ли как нибудь соотнести эту придуманную вами (как говорят, «идеализированную») ситуацию с опытом? Оказывается, можно. Именно это соотнесение является одним из важных способов обоснования «идеализированных» законов науки. Такое соотнесение происходит в эксперименте.
Эксперимент отличается от обычного опыта. В обычном опыте мы наблюдаем то, что происходит вокруг. В эксперименте мы создаем такие ситуации, которые не могут возникнуть помимо нас, нашей деятельности. Обычный опыт как бы просто дан нам. Что же касается эксперимента, то это такой вид опыта, в создании которого мы активно участвуем.
Из сформулированного нами закона инерции, полученного с помощью «идеализированного» представления, следует, что чем меньше внешняя среда будет оказывать сопротивление движению тела, тем в большей степени наблюдаемое движение этого тела будет обнаруживать данный закон непосредственно, зримым образом. Но ведь мы можем создать такие условия! Для этого нужно, во-первых, уменьшить сопротивление воздуха (или другой среды) движению тела. Мы можем, например, поместить наше тело в такой сосуд, из которого выкачан воздух или придумать что-нибудь другое, например, проводить наш эксперимент в условиях большой разреженности воздуха (скажем, высоко в горах). Во-вторых, нужно обязательно уменьшить действие сил трения между нашим телом и поверхностью, по которой оно движется. Для этого нужно лучше отполировать и поверхность, по которой движется тело, и поверхность самого тела. Для того, чтобы площадь соприкосновения тела с поверхностью движения была как можно меньше (чем меньше эта площадь, тем меньше силы трения), мы в качестве тела можем использовать хорошо отполированный шарик. Если мы в таких условиях воздействуем на наше тело, мы видим, что оно движется прямолинейно, равномерно и довольно долго. Правда, рано или поздно оно все-таки остановится, потому что мы никогда не можем добиться в реальном эксперименте такого положения, когда движению тела не оказывалось бы никакого сопротивления (и значит, на него не действовали бы никакие силы, помимо той, которую мы сами прилагаем). Всегда будут существовать силы трения. Однако на основании того, что мы опытно фиксируем в эксперименте, мы можем предположить, что чем меньше будут силы трения, тем больше наблюдаемое нами движение будет соответствовать тому, что утверждается в законе инерции. Если силы трения будут уменьшаться до бесконечно малого размера, путь, пройденный телом, будет увеличиваться до бесконечно большого.