ГЛАВА 9

ПРИЧИННЫЕ ЗАКОНЫ

Практическая польза науки зависит от ее способности предвидеть будущее. Когда бросались атомные бомбы, ожидалось, что большое число японцев умрет, что и случилось. Такие весьма удовлетворительные результаты привели в наше время к преклонению перед наукой, основой для которого является то наслаждение, которое мы получаем от удовлетворения нашего стремления к могуществу. Самые могущественные общества людей являются и самыми развитыми в научном отношении, хотя могуществом, даваемым знанием, владеют не ученые. Наоборот, настоящие ученые быстро попадают в положение государственных пленников, осужденных их жестокими хозяевами на рабский труд, подобно подвластным джинам в «Арабских ночах». Но мы не должны больше тратить время на такие приятные темы. Могущество науки своим происхождением обязано открытию наукой причинных законов, и именно эти законы и являются предметом нашего рассмотрения в этой главе.

«Причинный закон», как я буду употреблять этот термин, может быть определен как главный принцип, в силу которого — если имеются достаточные данные об определенной области пространства-времени — можно сделать какой-то вывод об определенной другой области пространства-времени. Вывод может быть только вероятным, но эта вероятность должна быть значительно больше половины, если интересующий нас принцип заслуживает названия «причинного закона». Я намеренно сделал вышеприведенное определение очень широким. Во-первых, вовсе не обязательно, чтобы область, о которой мы делаем вывод, была по времени более поздней, чем та, от которой мы в выводе исходим. Правда, имеются некоторые законы, особенно второй закон термодинамики, которые позволяют делать выводы скорее относительно будущего, чем прошедшего, но это не является общей характеристикой причинных законов. Например, в геологии почти все выводы обращены к прошлому. Во-вторых, мы не можем сформулировать правила, касающиеся числа исходных данных, необходимых для установления закона. Если бы когда-нибудь стало возможным сформулировать законы эмбриологии в терминах физики, то потребовались бы чрезвычайно сложные исходные данные. В-третьих, вывод может быть только о более или менее общем характере выводимого события или событий. До Галилея было известно, что не поддерживаемые тяжелые тела падают, что было причинным законом; но не было известно, как быстро они падают, так что, когда какое-либо тело падало, было невозможно точно сказать, где оно будет через какой-либо данный промежуток времени. В-четвертых, если закон устанавливает высокую степень вероятности, он может быть почти столь же удовлетворительным, как если бы он устанавливал достоверность. Я не имею в виду, что сама вероятность закона истинна; причинные законы, как и все остальное наше знание, могут быть ошибочными. Я имею в виду только то, что некоторые законы устанавливают вероятности, например статистические законы квантовой теории. Такие законы, даже если допустить, что они вполне истинны, делают выводимые на основе их события только вероятными, но это не мешает считать их причинными законами, согласно вышеприведенному определению.

Одним преимуществом признания законов, которые дают только вероятность, является то, что они позволяют нам ввести в науку грубые обобщения, от которых отправляется обыденный здравый смысл, вроде таких, как «огонь жжет», «хлеб питает», «собаки лают» или «львы свирепы». Все эти примеры являются примерами причинных законов, и тем не менее все они имеют исключения, так что в каком-либо конкретном случае они дают только вероятность. Огонь на пудинге не жжет вас, отравленный хлеб не питает, некоторые собаки слишком ленивы, чтобы лаять, а некоторые львы так привязываются к своим воспитателям, что перестают быть свирепыми. Но в огромном большинстве случаев вышеприведенные обобщения являются надежным руководством к действию. Имеется большое число таких приблизительных повторяемостей, принятых в нашем повседневном поведении, и именно из них возникло понятие причинных законов. Правда, научные законы не столь просты; они усложнились в попытках придать им такую форму, в которой они были бы свободны от исключений. Но старые более простые законы остаются действенными, поскольку они рассматриваются как законы, утверждающие только вероятность.

Причинные законы бывают двух видов: одни, касающиеся постоянства, и другие, касающиеся изменений. Первые часто не рассматриваются как причинные, но это неверно. Хорошим примером закона постоянства является первый закон движения. Другим примером является закон постоянства материи. После открытия кислорода, когда стал понятным процесс горения, стало возможным рассматривать материю как неуничтожимую. Истинность этого закона теперь стоит под сомнением, но он остается истинным для большинства практических целей. Более точным в смысле истинности является закон постоянства энергии. Постепенное развитие законов, устанавливающих постоянства, началось с веры обыденного здравого смысла, основанной на донаучном опыте, говорящем, что большинство твердых объектов продолжает существовать, пока на распадается от старости или не уничтожается огнем, и что когда это происходит, все-таки остается возможность предполагать, что какие-то небольшие их части сохраняются в другой форме. Именно эта, донаучная точка зрения и положила начало вере в материальную субстанцию.

Причинные законы, касающиеся изменения, были открыты Галилеем и Ньютоном и сформулированы с помощью ускорения, то есть изменения скорости по величине, или направлению, или по тому и другому. Величайшим триумфом этой точки зрения был закон тяготения, согласно которому каждая частица материи вызывает в каждой другой ускорение, прямо пропорциональное массе притягивающей частицы и обратно пропорциональное квадрату расстояния между ними. Однако данная Эйнштейном форма закона тяготения сделала его больше сходным с законом инерции и в некотором смысле с законом постоянства, чем с законом изменений. Согласно Эйнштейну, пространство-время наполнено тем, что можно было бы назвать «холмами»; каждый такой «холм» становится круче, по мере того как вы на него поднимаетесь, и на своей вершине имеет кусок материи. Результатом этого является то, что самым легким путем от одного места до другого является путь, огибающий эти «холмы». Закон тяготения состоит в том, что тела всегда избирают легчайший путь, который называется «геодезическим». Существует закон космической лености, называемый «принципом наименьшего действия», который устанавливает, что когда тело движется от одного места к другому, оно избирает путь, требующий наименьшей затраты работы. Благодаря этому принципу тяготение сводится к геометрии пространства-времени.

Основными законами изменения в современной физике являются законы квантовой теории, которые управляют переходом энергии из одной формы в другую. Атом может испускать энергию в форме света, который затем двигается без изменений, пока не встретится с другим атомом, который может поглотить энергию света. Такие обмены энергией управляются определенными правилами, которых не достаточно, чтобы сказать, что произойдет в данном случае, но которые могут с очень высокой степенью вероятности предсказать статистическое распределение возможных случаев в очень большом числе обменов. Это самое большее, чего физика может достичь в настоящее время в отношении основного характера причинных законов.

Все, что (как мы думаем) мы знаем о физическом мире, целиком зависит от допущения, что причинные законы существуют. Ощущения и то, что мы оптимистически называем «восприятиями», суть события в нас. В действительности мы не видим физических объектов, так же как не слышим электромагнитных волн, когда слушаем радио. Если бы мы не имели основания верить, что наши ощущения имеют внешние причины, мы могли бы думать, что существует только то, что мы непосредственно переживаем. Поэтому важно исследовать нашу веру в причинение. Является ли она просто предрассудком или имеет под собой твердое основание?

Вопрос об оправдании нашей веры в причинность относится к теории познания, и я поэтому пока откладываю его. В этой части книги моей целью является интерпретация науки, а не исследование оснований предположения о ее правильности. В некотором смысле наука признает причинность, и наш вопрос сводится к следующему: в каком смысле причинность связана с научным методом?' Следующие страницы в сокращенной форме предваряют более полное обсуждение, приводимое в пятой и шестой частях этой книги.

Вообще говоря, научный метод состоит в изобретении гипотез, соответствующих данным опыта, которые являются настолько простыми, насколько это совместимо с требованием соответствия опыту, и которые делают возможным выведение заключений, подтверждаемых затем наблюдением. Теория вероятности показывает, что правильность этого процесса зависит от допущения, которое может быть грубо сформулировано как постулат существования определенного рода общих законов. Этот постулат в соответствующей форме может сделать научные законы вероятными, тогда как без него эти научные законы не обладают даже вероятностью. Мы должны поэтому исследовать это допущение и найти наиболее приемлемую его форму, в которой он окажется и наиболее эффективным и возможно истинным.

Если не существует предела сложности возможных законов, то всякий воображаемый ход событий будет подчиняться законам, и тогда допущение о существовании законов станет тавтологией. Возьмем, например, номера всех такси, которые я нанимал в течение моей жизни, и моменты времени, когда я нанимал их. Мы получим конечный ряд целых чисел и конечное число соответствующих моментов времени. Если n есть номер такси, которое я нанял в момент времени t, то бесконечным числом способов безусловно можно найти такую функцию f, что формула

n = f(t)

будет истинной для всех значений n и f, которые до сего времени имели место. Бесконечное число этих формул окажется неверным в отношении следующего такси, которое я найму, но все еще будет бесконечное число таких, которые останутся истинными. К тому времени, когда я умру, можно будет прекратить счет, и все-таки еще останется бесконечное число возможных формул, каждая из которых могла бы притязать на значение закона, связывающего номер такси с моментом времени, когда я его нанимаю.

Достоинство этого примера для моей настоящей цели заключается в его явной абсурдности. В том смысле, в котором мы верим в естественные законы, мы сказали бы, что не существует закона, связывающего n и t вышеприведенной формулы, и что если какая-либо из предложенных формул окажется действенной, то это будет просто делом случая. Если бы мы нашли формулу, действенную для всех случаев, вплоть до настоящего времени, то мы не ждали бы, что она будет действенной в следующем случае. Только суеверный человек, действующий под влиянием эмоций, поверит в такого рода индукцию; игроки в Монте-Карло прибегают к индукциям, которые, однако, ни один ученый не одобрит. Однако совсем нелегко установить разницу между индукциями суеверного игрока и индукциями вдумчивого ученого. Ясно, что различие между ними имеется, но в чем оно состоит? И является ли это различие таким, чтобы повлиять на логическую правильность индукции, или оно состоит только в различии в отношении явности апеллирования к чувствам? Является ли вера в научный метод только суеверием ученого, свойственным тому виду игры, в которой он участвует? Эти вопросы, однако, относятся к теории познания. Сейчас я хочу заняться вопросом, не почему мы верим, а во что мы верим, когда верим в естественные законы.

Стало обычным говорить об индукции как о том, что необходимо для того, чтобы сделать истинность научных законов вероятной. Я не думаю, что простая и чистая индукция является чем-то основополагающим. Это показывает вышеприведенный пример с номерами такси. Все прошлые наблюдения в отношении этих номеров совместимы с каким угодно числом законов формы n = f(t), а эти законы будут, как правило, давать разные значения для следующего n. Мы не можем поэтому использовать их для предсказания, а в действительности не имеем склонности верить ни в один из них. Обобщая все это, мы можем сказать: каждый конечный ряд наблюдений совместим с каким угодно числом взаимно несовместимых законов, которые имеют совершенно одни и те же индуктивные свидетельства в свою пользу. Таким образом, чистая индукция несостоятельна и, кроме того, не является тем, во что мы на самом деле верим.

Всякий раз, когда индуктивное свидетельство делает, как нам кажется, предполагаемый закон очень вероятным, закон этот предполагается и кажется правдоподобным более или менее независимо от этого свидетельства. Когда дело происходит таким образом, последующее подтверждающее свидетельство кажется чрезвычайно убедительным.

Это, однако, верно только отчасти. Если предполагается закон, следствия которого сильно отличаются от того, что мы готовы были ожидать, и если он затем подтверждается наблюдением, то мы бываем более склонны поверить в него, чем в том случае, если его результаты оказываются обычными для нас. Но в таком случае может казаться правдоподобным сам закон, хотя его следствия при этом и оказываются удивительными. Возможно, что одним из самых важных следствий научного образования является способность изменять гипотезы, которые с первого взгляда кажутся вероятными. Именно эта причина, а не прямое отрицательное свидетельство, привела к упадку веры в колдовство. Если бы у вас было известное количество внешне похожих коробок, а в некоторых из них содержались бы гиростаты, и если бы вы показали эти коробки дикарю, сказав при этом, что произнесением магической формулы вы можете сделать так, что ни одну из них нельзя будет перевернуть, то индуктивное свидетельство скоро убедило бы его, что вы говорите правду, тогда как научно образованный человек стал бы искать другого объяснения, вопреки повторяющимся явным подтверждениям вашего «закона».

Индукция, кроме того, не подтверждает множества выводов, в отношении которых наука чувствует себя в высшей степени уверенной. Мы все убеждены, что когда много людей слышат звук одновременно, то их общее восприятие звука имеет внешний источник, который передается через промежуточную среду звуковыми волнами. Не может быть индуктивного свидетельства (кроме как в некотором расширенном смысле этого слова) в пользу чего-либо, находящегося вне человеческого опыта, вроде звуковой волны. Наш опыт будет тем же самым независимо от того, имеются ли на самом деле звуковые волны или же имеют место слуховые ощущения, как если бы звуковые волны существовали, хотя они на самом деле и не существуют: никакое индуктивное свидетельство не может дать преимущество какой-либо из этих гипотез. Тем не менее на самом деле каждый признает реалистическую гипотезу, даже философ-идеалист, кроме того времени, когда он судит в соответствии со своей профессией. Мы делаем это на том основании, что нам нечего делать с индукцией — отчасти потому, что предпочитаем, чтобы законы были насколько возможно более простыми, отчасти же потому, что верим в то, что причинные законы должны обладать свойством пространственно-временной непрерывности, то есть не должны предполагать действие на расстоянии.

В установлении научных законов опыт играет двойную роль. С одной стороны, через наблюдение наличия или отсутствия предсказанных гипотезой следствий опыт или ясно подтверждает или опровергает гипотезу, а с другой стороны, прежний опыт определяет, какую гипотезу мы предварительно считаем вероятной. Но, кроме этих влияний опыта, имеются некоторые неопределенные общие ожидания, и если они не сообщают определенным видам гипотез некую ограниченную априорную вероятность, то научные выводы бывают недейственными. Совершенствуя научный метод, важно как можно больше уточнять эти ожидания и исследовать, подтверждает ли успех науки в какой-либо степени их достоверность. После уточнения эти ожидания являются, конечно, совсем не тем, чем они были, когда оставались неопределенными, но пока они остаются неопределенными, вопрос об их истинности или ложности также остается неопределенным.

Мне кажется, что то, что может быть названо «верой» науки, более или менее сводится к следующему: имеются формулы (причинные законы), связывающие как воспринимаемые, так и невоспринимаемые события; эти формулы выражают пространственно-временную непрерывность, то есть они не предполагают прямого и непосредственного отношения между событиями, находящимися на конечном расстоянии друг от друга. Формула, имеющая вышеупомянутые характеристики, становится в высокой степени вероятной, если она, кроме ее согласованности со всеми прошлыми наблюдениями, дает нам возможность предсказывать другие события, которые затем подтверждаются и которые были бы невероятными, если бы формула была ложной.

Оправдание этой «веры», если оно возможно, относится к теории познания. Наша настоящая задача сводится только к установлению этого. Однако необходимо все-таки обсудить происхождение и развитие этой «веры».

Существует много различных постулатов, которые могут быть приняты в качестве основы научного метода, но их трудно сформулировать с необходимой точностью. К ним относится закон причинности, принцип единообразия природы, — постулат о господстве закона, вера в естественные виды и принцип ограниченного многообразия Кейнса, наконец, принцип структурного постоянства и пространственно-временной непрерывности. Из всех этих довольно расплывчатых предположений необходимо отобрать какую-то отличающуюся определенностью аксиому или аксиомы, которые, будучи верными, придадут научным выводам желаемую степень истинности.

Принцип причинности появляется в трудах почти всех философов в той элементарной форме, в которой он никогда не фигурирует ни в одной достаточно развитой науке. По мнению философов, наука признает, что если дан какой-либо определенный класс событий А, то всегда есть какой-то другой класс событий В, такой, что А «причинно обусловливается» этим В; более того, они считают, что всякое событие относится к какому-либо из таких классов.

Большинство философов считало, что «причина» есть нечто отличающееся от «неизменного антецедента». Это отличие может быть иллюстрировано опытом Гейлинкса с двумя часами, которые идут абсолютно согласованно: когда одни из них показывают час, другие бьют, но мы, однако, не думаем, что первые «причинно обусловливают» бои других. Один далекий от естественной науки член моего колледжа заметил с замешательством, что «барометр перестал оказывать какое бы то ни было влияние на погоду». Это замечание было воспринято как шутка, но если бы под «причиной» имелся в виду «неизменный антецедент», то это не было бы шуткой. Предполагается, что когда А причинно обусловливается В, следствие является не просто только фактом, а становится в некотором смысле необходимым. Это понимание связано со спорами о свободной воле и детерминизме, отражением которых служат следующие строки поэта:

Черт возьми! — сказал один молодой человек, —
Горько узнавать, что я представляю собой созданье,
Движущееся по заранее проложенным рельсам,
Что я, одним словом, не автобус, а трамвай.

В противоположность этому взгляду большинство эмпиристов считало, что слово «причина» обозначает не что иное, как «неизменный антецедент». Затруднения, связанные с этим взглядом и со всяким предположением, что научные законы имеют форму «А причинно обусловливает В», заключаются в том, что такие следствия редко бывают неизменными и что, даже если они действительно неизменны, легко можно представить себе обстоятельства, которые помешают им быть неизменными. Если вы скажете человеку, что он дурак, то, как правило, он рассердится, но он может оказаться святым или может умереть от удара прежде, чем успеет рассердиться. Если вы чиркаете о спичечную коробку спичкой, то последняя обычно загорается, но иногда она ломается или бывает отсыревшей. Если вы бросаете камешек вверх, то обычно он падает снова вниз, но его может проглотить орел, вообразивший, что это птица. Если вы хотите двинуть своей рукой, то обычно она будет двигаться, но этого не случится, если она парализована. Таким образом, все законы, имеющие форму «А причинно обусловливает В», подвержены исключениям, так как всегда может произойти нечто, что помешает наступить ожидаемому результату.

Тем не менее имеются основания (значение и роль которых выявится в шестой части книги) для признания законов формы «А причинно обусловливает В», если только мы признаем их с соответствующими предосторожностями и ограничениями. Понятие о более или менее постоянных устойчивых физических объектах в форме, придаваемой им обыденным здравым смыслом, предполагает понятие «субстанции», а если «субстанцию» отвергнуть, то мы должны найти какой-либо другой способ определения тождества физического объекта в различное время. Я думаю, что это должно быть сделано с помощью понятия «причинной линии». Я называю последовательность событий «причинной линией», если при том условии, что даны некоторые из них, мы можем вывести что-либо о других без необходимости знать что-либо об окружающих обстоятельствах. Например, если двери и окна моей комнаты закрыты и я, время от времени оглядываясь, вижу, что моя собака спит на коврике перед камином, то я делаю вывод, что она находится там, или по крайней мере где-то в комнате, и в то время, когда я не гляжу на нее. Фотон, идущий от звезды к моему глазу, является последовательностью событий, подчиняющихся внутреннему закону, но перестающих подчиняться ему, когда фотон достигает моего глаза. Когда два события принадлежат одной и той же причинной линии, то о более раннем из них можно сказать, что оно есть «причина» более позднего. Благодаря такому вниманию законы формы «А причинно обусловливает В» могут сохранять определенное значение. Они важны как в связи с восприятием, так и в связи с устойчивостью материальных объектов.

Именно возможность какой-либо зависимости от внешних условий привела физику к тому, что она сформулировала свои законы в форме дифференциальных уравнений, которые могут рассматриваться как формулы того, что имеет тенденцию к проявлению. Классическая же физика, как уже говорилось выше, когда имеет дело с несколькими причинами, действующими одновременно, представляет результат их действия в виде векторной суммы, так что в каком-то смысле каждая причина производит свое следствие, как если бы не действовала никакая другая причина. Однако в действительности вся концепция «причины» сводится к понятию «закона». А законы, в том виде, в каком они встречаются в классической физике, имеют дело с тенденциями в тот или иной момент. То, что реально совершается, должно быть выведено с помощью векторной суммы всех тенденций момента и последующего интегрирования для нахождения результата, наступающего спустя какой-то ограниченный период времени.

Все эмпирические законы выводятся из ограниченного числа наблюдений, восполняемых с помощью интерполяции и экстраполяции. То, что должно выполняться интерполяцией, не всегда адекватно реализуется. В качестве примера возьмем видимые движения планет. Мы полагаем, что в течение дня они сохраняют свое плавное движение, которое легко согласуется с их наблюдаемым движением в течение предшествующих и последующих ночей. Возможной гипотезой является то, что планеты существуют только тогда, когда их наблюдают, но это допущение сделало бы законы астрономии чрезвычайно сложными. Если против этого допущения будут возражать и говорить, что планеты можно непрерывно фотографировать, то этот же вопрос возникает в отношении фотографий: существуют ли они, когда на них никто не смотрит? Это опять вопрос интерполяции, а интерполяция оправдывается тем, что она формулирует самые простые законы, совместимые с данными наблюдения.

Этот же принцип применим и к экстраполяции. Астрономия говорит не только о том, что делают планеты с тех пор, как существуют астрономы, но и о том, что они будут делать и что они делали до того времени, как появился некто, кто стал их наблюдать. Об экстраполяции часто говорят, что она будто бы предполагает какой-то другой по сравнению с интерполяцией принцип, но на самом деле здесь принцип тот же самый: выбирать простейший закон, который согласуется с известными фактами.

В качестве постулата, однако, этот принцип не защищен от очень серьезных возражений. «Простой» — есть очень неопределенное понятие. Кроме того, часто случается, что простой закон спустя некоторое время оказывается слишком простым, тогда как правильный закон гораздо более сложным. Но в таких случаях простой закон обычно бывает приблизительно верным. Если поэтому мы утверждаем только то, что закон приблизительно верен, то нас нельзя обвинить в ошибке ссылкой на то, что какой-то другой закон дает еще большее приближение.

Единообразие природы, о котором иногда говорят как о принципе, не имеет определенного смысла вне его связи с законами природы. Если принимается, как уже данное, что существуют законы природы, то принцип единообразия природы означает, что время и пространство явно не должны выступать в формулах законов: законы должны быть одними и теми же в различных частях пространства-времени. Этот принцип может быть, а может и не быть верным, но он, во всяком случае, недостаточен в качестве постулата, поскольку он уже предполагает существование законов.

Признание существования естественных видов лежит в основе большинства донаучных обобщений, вроде «собаки лают» или «дерево плавает». Сущность «естественного вида» заключается в том, что он представляет собой класс объектов, все из которых обладают свойствами, о которых неизвестно, что они логически взаимосвязаны. Собаки лают, рычат и виляют хвостами, тогда как кошки мяучат, мурлычут и облизываются. Мы не знаем, почему все представители видов животных имеют так много общих качеств, но мы наблюдаем, что они имеют их, и основываем наши ожидания на том, что наблюдаем. Мы очень удивились бы, если бы кошка начала лаять.

Естественные виды важны не только в биологии. Атомы и молекулы также являются естественными видами, как и электроны, позитроны и нейтроны. Квантовая теория ввела новую форму естественных видов в своей дискретной серии уровней энергии. Теперь стало возможным понимать первичную структуру физического мира не как непрерывный поток, по способу традиционной гидродинамики, а скорее в пифагорейском смысле, согласно которому модели создаются по аналогии с кучей дробинок. Если во времена Дарвина считалось, что эволюция «медленно совершается от прецедента к прецеденту», то теперь считается, что она идет революционными скачками посредством мутаций или различного рода отклонений.

Может быть, войны и революции сделали нас нетерпеливыми по отношению к постепенности: как бы то ни было, но современные научные теории гораздо больше подвержены всякого рода толчкам и тряске, чем плавный космический ход упорядоченного прогресса, каким его воображали себе люди викторианской эпохи.

Все это имеет большое значение для индукции. Если вы имеете дело со свойством, характерным для естественного вида, то вы смело можете делать обобщение на основании очень немногих примеров. Лают ли собаки? Услышав, как лают с полдюжины собак, вы с уверенностью ответите: «Да», — потому что вы убеждены заранее, что или все собаки лают, или ни одна из них не лает. Когда вы обнаруживаете, что несколько кусков меди являются хорошими проводниками электричества, вы без колебаний признаете, что это верно для меди вообще. В таких случаях обобщение обладает априорной вероятностью, и индукция здесь в меньшей степени ненадежна, чем в других случаях.

Кейнс сформулировал постулат, с помощью которого, по его мнению, индуктивный вывод может быть оправдан; он называет его принципом ограниченного многообразия. Он представляет собой форму признания естественных видов. Это одно из средств получения общих положений, которые, будучи истинными, говорят о силе научного метода. Ниже я буду говорить об этом подробнее. Сказанное же в этой главе является только предварительным рассмотрением вопроса.