ГЛАВА 7

ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ

В последних главах мы имели дело главным образом с тем видом причинения, который может быть назван «внутренним» причинением. Это вид, который интерпретируется как постоянство вещи или процесса. Благодаря тому факту, что постоянство вещей рассматривается как нечто само собой разумеющееся и как предполагающее тождество субстанции, эта форма причинения не признавалась за то, чем она является. Она может быть сформулирована следующим образом: «Если в какое-либо время и в каком-либо месте дано какое-то событие, то обыкновенно происходит то, что в любое близкое время в каком-либо месте по соседству имеет место очень похожее событие». Этот принцип дает основание для очень многих индукций, но он, по-видимому, не помогает нам, когда мы имеем дело с тем, что обычно считается «взаимодействием», например со столкновением бильярдных шаров. Причинные процессы именно этого вида и должны быть рассмотрены в настоящей главе.

Рассмотрим два бильярдных шара, которые сталкиваются друг с другом после того, как каждый из них двигался по прямой линии. Каждый бильярдный шар, сохраняет свое постоянство после столкновения и рассматривается как тот же самый шар, каким он был, потому что он удовлетворяет вышеприведенному закону внутреннего причинения. В том случае, когда нет никакого столкновения, имеется, так сказать, более высокая степень внутреннего причинения, чем когда шары сталкиваются. В большинстве случаев мы можем сказать не только то, что при данном положении шара в данный момент, в другой, более поздний момент он будет иметь некоторое положение по соседству; мы можем также сказать, что при данных положениях шара в два соседних момента его положение в третий, несколько более поздний момент будет находиться приблизительно на одной линии с двумя более ранними положениями, а его расстояние от каждого из них будет приблизительно пропорциональным истекшему времени. Это значит, что мы имеем внутренний закон скорости, а не только положения. Но когда имеет место взаимодействие, тогда нет такого внутреннего закона скорости. Таково назначение первых двух законов движения.

Если мы, наблюдая бильярдные шары, признаем, что столкновения занимают очень небольшую долю всего времени и движения, то из этого вытекает, что большую часть времени они движутся приблизительно по прямым линиям. Мы должны открыть закон, определяющий новое направление, в котором шар будет двигаться после столкновения. Если самый малый измеримый угол равен 1/n-ной одного градуса, то число измеримых разных направлений, в которых шар может двигаться, есть 360 n. Следовательно, беря любое направление, определенное со всей возможной практической точностью, мы можем думать, что предварительная вероятность, что шар начнет двигаться в этом направлении, равна 1/360 n. Это конечная величина, хотя и очень малая; следовательно, индукция из наблюденных столкновений может сделать обобщение вероятным. Это значит, что если мы признаем наш закон внутреннего причинения, то все остальное в математической теории бильярда может быть получено посредством индукции, без какого-либо дальнейшего, предшествующего опыту допущения.

В ходе вышеприведенного анализа наш закон внутреннего причинения расширился настолько, что стал включать как скорость, так и положение, правда не всегда, а в большинстве случаев. Это ведет к предположению, что случаи, когда имеет место взаимодействие, являются исключениями. Это, однако, сказано слишком сильно. Во всех случаях имеется взаимодействие между бильярдным столом и бильярдным шаром, которое мешает шару упасть. Но поскольку это есть нечто постоянное, постольку этим можно пренебречь в том смысле, что мы можем сформулировать законы движений шара без упоминания стола, хотя, если бы не было стола, эти законы не действовали бы. Если шар сталкивается с другим шаром, то мы не можем сформулировать законы его движения без упоминания другого шара, который, таким образом, в некотором смысле является причинно более важным, чем стол. Предположенное выше сводится к следующему: в большинстве случаев, приблизительно, законы, управляющие историей «вещи», не предполагают упоминания других «вещей»; те случаи, когда такое упоминание существенно, являются исключениями. Но это не предполагает, что «внутренние» законы дают больше, чем первое приближение.

«Внутренние» законы должны считаться применимыми не только к положению и скорости, но также и к другим явлениям. Докрасна раскаленная кочерга, если ее вынуть из огня, остывает постепенно, а не внезапно. Звук колокола угасает постепенно, хотя и быстро. Чрезвычайно внезапные события, вроде взрыва или вспышки молнии, косят характер исключений. Будучи исключениями, они не делают ложным предположение, что в любом данном случае чрезвычайно внезапное изменение не является вероятным. И далее, изменение в направлении изменения гораздо более способно быть внезапным в той или иной степени, чем изменение положения или качества; так именно и обстоит дело со столкновением бильярдных шаров.

Вышеприведенные положения весьма легко могут быть приведены в соответствие с атомной теорией. Казалось бы, что атом находится большую часть времени в устойчивом состоянии, то есть состоянии, в котором его история управляется внутренним законом; но приближение фотона, нейтрона или электрона может привести к более или менее внезапному изменению. Я не хочу, однако, преувеличивать это согласие или переоценивать его значение. Наши постулаты больше относятся к начальной стадии науки, чем к ее дальнейшим результатам. Теория удара, например, была очень ранней частью динамики, пользовавшейся несколько примитивной концепцией «материи». Я всегда отстаивал эту мысль, что наука необходимо начинается с законов, являющихся только первыми приближениями и применимых только в большинстве случаев, но которые вполне истинны, если не требовать от них ничего большего. Наши исходные постулаты также должны иметь этот характер приблизительности и вероятности. Они должны утверждать, что — при данных обстоятельствах — то, что происходит, вероятно, будет приблизительно таким-то. Этого достаточно для законных ожиданий, то есть ожиданий, имеющих очень высокую степень внутреннего правдоподобия. По мере развития науки ее законы приобретают более высокую степень вероятности, а также и точности. Дикарь может сказать: «Вероятно, завтра будет полнолуние». А астроном может сказать: «Почти достоверно, что завтра полнолуние наступит между 6.38 и 6.39 GMT. GMT — среднее время по Гринвичскому меридиану. Но преимущество здесь в степени, а не в роде. И повсюду исходные вероятные и приблизительные допущения остаются необходимыми.

Могут заметить, что я не ввел постулата о том, что существуют естественные законы. Я не сделал этого потому, что в любой доступной проверке форме такой постулат был бы или ложным или тавтологией. Но посмотрим, каким этот постулат мог бы быть.

В любой доступной проверке форме он должен утверждать, что при некотором данном числе наблюдений соответствующего рода можно найти формулу, из которой можно вывести что-либо в отношении некоторых других явлений. Следует отметить, что число этих наблюдений необходимо является ограниченным и что ни одно из них не может быть более точным, чем этого можно достичь с помощью существующей техники измерения. Но здесь мы снова встречаемся с трудностью, аналогичной той, с которой мы встречались, когда пытались рассматривать индукцию в качестве постулата. Трудность эта заключается в том, что при любом конечном ряде наблюдений всегда имеется бесконечное число формул, доступных проверке с помощью всех этих наблюдений. Допустим, например, что мы зафиксировали положений на небесной сфере Марса — в понедельник, Юпитера — во вторник и так далее во все дни недели; небольшая изобретательность в использовании ряда Фурье позволила бы нам сконструировать некоторое число формул, соответствующих всем упомянутым положениям, но большинство из которых оказалось бы ложным в будущем. Таким образом, оказывается тавтологией утверждение о том, что существуют формулы, соответствующие любому причинно выбранному ряду количественных наблюдений, но ложно, что формула, которая соответствует прошедшим наблюдениям, дает основание для предсказания результатов будущих наблюдений.

К постулату о существовании законов природы принято добавлять явно выраженную или молчаливую оговорку, что эти законы должны быть элементарными. Это, однако, и неопределенно и телеологично. Не ясно, что имеется в виду под «элементарностью», и, кроме того, не может быть никакого априорного основания для ожидания, что законы будут элементарными, кроме разве благоволения к ученым со стороны Провидения. Было бы неверно индуктивно утверждать, что поскольку законы, которые мы уже открыли, элементарны, следовательно, вероятно, что и все законы элементарны, ибо очевидно, что элементарный закон открыть легче, чем сложный. Правда, некоторые приблизительно верные законы просты, и никакая теория научного вывода не является удовлетворительной, если она не объясняет этого факта. Но я не думаю, что это следует объяснять с помощью возведения элементарности в ранг постулата.

Возьмем один исторически важный пример, а именно закон падения тел. Галилей с помощью небольшого числа довольно грубых измерений нашел, что расстояние, проходимое вертикально падающим телом, приблизительно пропорционально квадрату времени падения, другими словами, что ускорение приблизительно постоянно. Он предположил, что, если бы не сопротивление воздуха, оно было бы вполне постоянным, а когда спустя немного времени был изобретен воздушный насос, это предположение, казалось, подтвердилось. Но дальнейшие наблюдения навели на мысль, что ускорение незначительно изменяется с широтой, а последующая теория установила, что оно изменяется также и с высотой. Таким образом, элементарный закон оказался только приблизительным. Закон всемирного тяготения Ньютона, пришедший на смену этому, оказался более сложным законом, а закон тяготения Эйнштейна в свою очередь оказался еще более сложным, чем закон Ньютона. Подобная постепенная утрата элементарности характеризует историю большинства ранних открытий науки.

Природа и ее законы покрыты были мраком. Но Бог сказал: «Да будет Ньютон!» — и все стало ясным. Однако ненадолго. Воскликнул дьявол: «Да будет Эйнштейн!» И снова все покрыто стало мраком.

Эти колебания типичны для истории науки.

В качестве другого примера возьмем стадии развития закона от наблюдения до формулировки первого закона Кеплера в его применении к Венере.

Сырым материалом наблюдения над Венерой, если смотреть на нее вечером в хорошую погоду, является светлая точка в небе, непрерывно движущаяся и медленно приближающаяся к западному горизонту. Мы верим, что эта точка есть проявление какой-то «вещи», но может быть, и нет, потому что на эту точку может быть очень похожим отражение света прожектора на облаке. Предположение, что это — проявление какой-то «вещи», подкрепляется тем, что Венера видна сразу во многих странах. Этой «вещи» мы даем имя «Геспер» (вечерняя звезда). Мы обнаруживаем далее, что в других случаях появляется утренняя звезда, которой мы даем имя «Фосфор» (утренняя звезда). Наконец, возникает остроумное предположение, что Геспер и Фосфор тождественны; одна и та же звезда, проявлениями которой являются первые две, называется «Венерой». Предполагается, что эта звезда существует всегда, а не только тогда, когда она видима.

Следующим шагом является попытка найти законы, определяющие положение Венеры на небесной сфере в разное время. В первом приближении устанавливается, что Венера ежедневно вращается вместе с неподвижными звездами. Следующим шагом является приписывание Венере угловых координат f и y, определяемых отношением к неподвижным звездам. Когда это сделано, изменения в f и y становятся медленными, и при данных двух наблюдениях, не очень далеких друг от друга по времени, промежуточные значения f и y могут быть грубо определены с помощью интерполяции. Изменения в f и y приблизительно регулярны, но их законы очень сложны.

Пока мы удовлетворялись предположением, что все небесные тела находятся на небесной сфере и все на одинаковом расстоянии от Земли. Но затмения, затемнения и прохождения через меридиан ведут к отказу от этой гипотезы. Следующим шагом является предположение, что неподвижные звезды и некоторые планеты имеют каждая свою собственную сферу и каждая сохраняет постоянное расстояние от Земли. Но это предположение тоже должно быть отброшено.

Мы, таким образом, приходим к следующей формулировке проблемы: каждое небесное тело имеет положение, определяемое тремя координатами: r, f и y, из которых f и y даны в наблюдении, а г — расстояние от Земли — выводится. Признается, что г, подобно f и y, может со временем изменяться. Поскольку г не наблюдается, мы имеем свободное поле для изобретения подходящей формулы. Некоторые наблюдения, особенно затмения, затемнения и прохождения через меридиан, очень настойчиво наводят на мысль, что Венера всегда находится дальше Луны и иногда дальше, а иногда ближе Солнца. Проблема планетарной теории заключается в изобретении формулы для изменения г, которая должна быть (а) в согласии с такими наблюдениями и (б) как можно более простой. По обоим пунктам эпициклы уступают первенство Кеплеру; Коперник стоял выше по пункту (б), но ниже по пункту (а). Поскольку (а) должно всегда перевешивать (б), возобладало мнение Кеплера.

В вышеприведенном изложении содержится несколько важных шагов, не необходимых с логической точки зрения.

1-й: Предполагается, что наши зрительные ощущения имеют внешние причины.

2-й: Предполагается, что эти причины продолжают существовать и тогда, когда они не вызывают зрительных ощущений. (Эти два шага связаны с присвоением имени «Венера».)

3-й: Координата г находится полностью вне наблюдения. Никакая возможная система предполагаемых значений г не является несовместимой с наблюденными фактами, кроме системы, делающей г очень небольшой.

4-й: Формула Кеплера для г является простейшей из совместимых с наблюдением. Это ее единственное достоинство.

Заметьте, что индукция в отношении будущего не занимает особого места в этом процессе. Существенным является вывод в отношении ненаблюдаемого времени. Это предполагается в допущении обыденным здравым смыслом существования квазипостоянных объектов и, следовательно, в названии «Венера». Неправильно говорить: «Было замечено, что до сих пор Венера двигалась по эллипсу, потому мы делаем индуктивный вывод, что она будет продолжать так двигаться». Ничего подобного до сих пор не наблюдалось, наблюдения совместимы с положением Кеплера, но также и с бесконечным числом других гипотез.

Математическая вероятность не играет никакой роли в вышеприведенных выводах.

Гипотеза, что небесные тела являются постоянными «вещами», не является логически необходимой. Гераклит говорил, что «Солнце каждый день новое», и, вероятно, предпочитал этот взгляд по научным основаниям, поскольку было трудно понять, как могло Солнце проложить себе путь под Землей с запада на восток в течение одной ночи. Гипотеза, выраженная в законах Кеплера, не доказывается наблюдением; наблюдение доказывает только то, что факты совместимы с этой гипотезой. Эта гипотеза может быть названа гипотезой «завершенного реализма». На другом конце находится гипотеза «завершенного феноменализма», согласно которой светящиеся точки существуют только во время наблюдения и не существуют в другое время. Между этими двумя имеется бесчисленное множество других гипотез, например, что Венера «реальна», а Марс — нет, или что Венера «реальна» по понедельникам, средам и пятницам, но не по вторникам, четвергам и субботам. Обе крайние и все промежуточные гипотезы совместимы с наблюденными фактами; если мы выбираем между ними, то наш выбор не может иметь какое-либо основание в одном только наблюдении.

Заключением, к которому, по-видимому, приводит вышеприведенное несколько фрагментарное обсуждение, является то, что основополагающий постулат есть постулат «причинных линий». Этот постулат позволяет нам выводить из любого данного события кое-что (хотя и немного) о том, что вероятно во всякое близкое время и в каком-либо близком месте. Пока одна причинная линия не перекрещивается с другой, можно вывести довольно многое, но там, где есть такое перекрещивание (то есть взаимодействие), только постулат позволяет делать гораздо более ограниченный вывод. Однако, когда возможно количественное измерение, поддающиеся измерению различные возможности после взаимодействия конечны по числу, и, следовательно, наблюдение вместе с индукцией могут сделать общий закон в высокой степени вероятным. Таким путем шаг за шагом могут, по-видимому, быть оправданы научные обобщения.