Андрей Шолохов
Михаил Ломоносов: учёный-энциклопедист, поэт, художник, радетель просвещения

Полная версия

Г. Д. Копосов
Ломоносовские модели картины мира

Нашим уделом является создание картин, движущихся панорам, фигур, образов, короче, моделей существующего и совершающегося.

Н. А. Умов^[114]

Большинство ранее проводимых исследований научного творчества М. В. Ломоносова было направлено на изучение историко-биографического, содержательного мировоззренческого аспектов. В меньшей степени, особенно с целью решения проблемы индивидуального стиля, анализировалось научное творчество первопроходца отечественной науки с гносеологической и методологической точек зрения. Между тем решение проблемы индивидуального стиля научного творчества учёного, в первую очередь, предполагает изучение места и роли основных элементов логико-методологического арсенала науки в его деятельности.

В одной из статей^[115] автором проанализированы методологические принципы физических исследований первого русского учёного. Подчёркнута широта использования модельных гипотез – частного проявления метода моделирования, который в последние годы стал предметом пристального внимания исследователей, занимающихся проблемами методологии науки. В настоящее время моделирование превратилось в один из универсальных современных методов научного исследования, а наука стала «индустрией моделей»^[116]. Изучение модели, как гносеологической категории, предполагает в качестве одного из подходов исследование места и роли данного феномена в истории науки и, в частности, научных исследований конкретного учёного.

Методологической основой в решении поставленной задачи выбран деятельный подход, нацеливающий, в том числе, на изучение узловых структурных элементов научного познания как деятельности: субъекта, объекта, предмета, цели, путей и средств, результата. В данном аспекте метод моделей трактуется как определённый подход к получению научного знания и его представлению. Оставив в стороне анализ и дискуссию по вопросу об определении модели как феномена структуры познавательного процесса. Приведём с небольшим дополнением одно из определений: «Модель есть созданная или воображаемая субъектом система, воспроизводящая существенные для данной цели познания стороны (элементы, свойства, отношения, параметры) изучаемого объекта и в силу этого находящаяся с ним в таком отношении замещения и сходства (в частности изоморфизма), что исследование её служит опосредствованным способом получения (и представления. – Примеч. Геннадия Копосова) знания об этом объекте»^[117].

Основную задачу естественных исследований Ломоносов видел в познании закономерностей окружающего мира («выпытывание правды из натуры»). Стратегическое направление физических исследований гениального русского учёного – проникновение в глубь строения материи. На этом пути им получены наиболее выдающиеся результаты, выразившиеся в создании основ молекулярно-кинетической теории. М. В. Ломоносов широко использовал моделирование как метод научного познания. Поэтому объекты его научных интересов, как правило, являются и объектами моделирования: «чувствительные тела» в различных агрегатных состояниях (твёрдом, жидком и газообразном), «нечувствительная материя» (эфир и «тяготельная жидкость»), процессы и явления, произошедшие в них. Перечисленные выше природные объекты составляют первую группу объектов моделирования в творчестве учёного.

Отправной точкой научного познания Ломоносов признаёт опыт: «…мысленные рассуждения произведены бывают из надёжных и много раз повторенных опытов»^[118]. Понимая роль эксперимента в развитии науки, учёный много сил и энергии отдавал конструированию физических приборов и установок. Все они прошли стадию моделирования (научно-техническое моделирование) и составляют вторую группу объектов моделирования в творческой деятельности Ломоносова.

В третью группу объектов моделирования входят сами познавательные действия в виде планов опытов, программ научных исследований. Так, в заметке «Способ, как мерить градус теплоты на дне морском подо льдом»^[119] (1746) учёный даёт план проведения измерений и таблицу для занесения результатов.

Рассмотрим предметы моделирования. При изучении той или иной области явлений (объекта) обнаруживаются и становятся предметами исследования различные аспекты, стороны объекта. Естественно, что эти аспекты могут выступать и предметами моделирования. Они отражают содержательную специфику моделируемой деятельности. Используя предложенную доктором философских наук А. С. Майдановым^[120] (род. 1938) классификацию аспектов (планов) исследований, выделим основные содержательные типы моделей, широко представленных в работах Ломоносова.

Структурно-морфологические модели отражают форму объектов и явлений, их состав и строение. Так, в работе «Размышления о причине теплоты и холода»^[121] (1749) учёным предложена модель взаимного расположения частиц в телах, находящихся в различных агрегатных состояниях, анализируется модель, представляющая корпускулы вещественной материи в форме шариков, имеющих на поверхности «шероховатости», введена модель внутреннего движения корпускул материи, позволяющая определять её тепловые свойства. Распространив атомистику на «нечувствительную материю», учёный предлагает модели эфира и «тягостной жидкости».

Согласно воззрениям Ломоносова, эфир состоит из мельчайших частиц, которые «всегда находятся в соприкосновении с соседями»^[122], «имеют шаровую форму»^[123] и «на своей шарообразной поверхности шероховаты»^[124]. В дополнение к этому, учёный предлагает модель взаимного расположения частиц, ставшую прообразом простой кубической кристаллической структуры и структуры с плотной упаковкой. В работе «Слово о происхождении Света, новую теорию о цветах представляющее» (1756) он разделяет частицы эфира «на три рода разной величины»^[125].

Приведённые примеры иллюстрируют структурные модели «статических» объектов. Вместе с этим учёный использует в своих работах модели процессов, явлений, структурируя последние на отдельные элементы. Так, для объяснения нагревания тел при трении Ломоносов даёт модель явления, в которой выделены сцепление молекул трущихся поверхностей, увеличение скорости вращательного движения молекул при относительном движении трущихся поверхностей, передача вращения соседним частицам.

К структурным моделям процессов, явлений тесно примыкают функциональные модели, отражающие поведение объектов, взаимодействие их между собой. Причина близости структурных и функциональных моделей процессов кроется в неоднозначности трактовки внутреннего и внешнего планов явления. По отношению к телу как объекту взаимосвязи атомов движение есть внутренний процесс, и модели, описывающие их, должны быть формально отнесены к структурным моделям.

Если же объектом познания считать атомы (молекулы), то их движение и взаимодействие будет внешним процессом и, следовательно, модели, их описывающие, должны быть отнесены к функциональным. По нашему мнению, в пользу отнесения к функциональным моделей, описывающих движение и взаимодействие атомов, можно присовокупить то, что эти явления определяют внутреннее функционирование объекта. Если вскрыта динамика внутреннего функционирования, а не только перечислены основные части, то модель разумнее отнести к функциональной.

Последовательно отстаивая идею движения материи как причины явлений, М. В. Ломоносов наибольшие познавательные усилия направляет на изучение движения различных видов материи и предлагает модели, описывающие эти движения. В XVIII веке единственной известной формой движения было механическое движение, и учёный, анализируя внутренние – поступательное, вращательное и колебательное – движения атомов, приходит к интересным выводам о природе тепла и передаче его через эфир (тепловое излучение). По этим моделям «теплота состоит во внутреннем вращательном движении»^[126] и «частицы эфира распространяют теплоту вращательным движением»^[127]. Последовательно применяя «корпускулярную философию» и считая, что движение является атрибутом материи, Ломоносов конструирует модель распространения света, согласно которой свет является волновым процессом. «Свет распространяется колебательным движением», – пишет учёный в работе «Теория электричества, изложенная математически»^[128] (1756). В публичной лекции, прочитанной в Академии наук 1 июля 1756 года, он дополняет эту модель, введя вращательное движение как причину цветовых различий в световых явлениях. В публикации этого доклада – «Слово о происхождении Света, новую теорию о цветах представляющее» – мы читаем: «…всё помянутых эфирных частиц несказанное множество разделяю на три рода разной величины, которые все суть сферической фигуры»^[129], «…от первого рода эфира происходит цвет красный, от второго – жёлтый, от третьего – голубой. Прочия цвета рождаются от смешения первых»^[130]. И далее: «…цветов причина есть коловратное движение эфира»^[131]. Интересно отметить, что в современном цветном телевидении реализована прозорливая ломоносовская идея трёхцветного зрения.

Анализируя механизм передачи электрического действия, Ломоносов модельно пытается объяснить его передачей вращательного движения. Так, в «Слове о происхождении света…» мы находим краткое замечание: «…в один миг Електрическое коловратное движение производят»^[132].

Генетические модели относятся к описанию процессов возникновения, формирования и развития отдельных явлений, процессов в онтогенетическом и филогенетическом аспектах. Специфика физической науки определяет отсутствие второго из указанных аспектов в физических ломоносовских моделях. Онтогенетический план наиболее рельефно просматривается в модели, описывающей возникновение атмосферного электричества. Этот процесс подробно описан в работе «Слово о явлениях воздушных, от электрической силы происходящих»^[133] (1753).

Организационно-типологический план исследования, предполагающий классификацию и группировку объектов познания по выделяемым признакам, в физических моделях Ломоносова не является типичным. Причина этому кроется в том, что основные усилия в научных исследованиях он направляет на исследование «частных качеств», а не классификационным изысканиям. Обратим внимание, что в построении физических моделей Ломоносов тяготеет к смешанным моделям, рассматривая в единстве и взаимосвязи структурно-морфологический и функциональный план исследований. Так, модельно структурируя «чувствительную» и «нечувствительную» материи на основе атомистического подхода, он в то же время стремится вскрыть динамику движения частиц, или наоборот, отталкиваясь от характера движения и взаимодействия частиц, приступает к вытекающим из него суждениям о форме и размерах частиц.

Перейдём к формированию модели. При изучении генезиса физических моделей в научном творчестве гениального русского учёного несомненный интерес представляет попытка выделить основные этапы развития моделей с сопутствующим выявлением операционных элементов, определяющих это развитие и его специфику. Знакомство с общеметодологической литературой^[134] и детальный анализ развития Ломоносовым модели теплового движения позволили выделить шесть этапов в генетической структуре моделирования: проблемно-ориентировочный, эвристический, становления, детализации, прогностический и этап включения в общую научную картину мира (физическую картину мира).

Отправной точкой познания Ломоносову послужила общая идея – «никакое изменения в телах не может произойти без движения»^[135]. Отсюда вытекает, что теплота тел возбуждается движением какой-то материи. Эта первичная гипотеза подтверждается наблюдениями: «…от взаимного трения руки согреваются»^[136]. Возникла проблемная ситуация, требующая ответа на вопросы: какой материи, какого движения?

Второй этап начинается с обобщения наблюдений: «…при самом быстром общем движении часто не наблюдается теплоты»^[137], которое приводит к утверждению, что «теплота состоит во внутреннем… движении». «Выход» к модели оказывается возможным присовокуплением генеральной идеи атомистики (все вещества состоят из мельчайших частиц) и дополнительной гипотезы, что определяющим служит движение «связанной» с телом материи. В итоге формулируется первичная модель: тепловое движение определяется внутренним движением частиц «собственной» материи. На данном этапе происходит прорыв от незнания к знанию, и поэтому его логично назвать эвристическим. Заметим существенную деталь, характерную для ломоносовских моделей: модель выступает как форма проявления общих идей и гипотез и, следовательно, имеет ярко выраженный гипотетико-дедуктивный характер.

Третий этап – становление модели – связан с познавательным процессом, предполагающим работу с моделью на базе имеющихся теоретических знаний (в данной модели – о механическом движении). Сначала познавательный процесс носит конвергентный характер: изучение по возможным направлениям – механическое движение может быть поступательным, вращательным, колебательным. С учётом последнего момента модель получает три ветви. Конвергентная фаза познания сменяется дивергентной: углублённым изучением каждого из возможных вариантов.

Выбор варианта оказывается возможным либо на основе теоретических знаний, либо на основе сравнения с опытом, то есть происходит с включением дополнительных критериев. Ошибочность этих критериев может повлечь неправильный выбор. Именно этот фактор предопределил ошибочный выбор вращательного движения Ломоносовым. Наблюдая движение макротел, мы видим взаимодействие их только в момент сцепления, эту особенность Ломоносов, не признавая действия на расстоянии, перенёс и на атомы и молекулы: «Для ощутительного сцепления частиц тела требуется непрерывное взаимное соприкосновение их»^[138]. На основе этого критерия учёный исключает колебательное движение в качестве определяющего теплоту: «Из определения внутреннего колебательного движения ясно видно, что при таком движении частицы тел не могут быть в сцеплении друг с другом»^[139]. Исключение варианта с поступательным движением осуществляется на основе выводов из анализа опытов, интерпретация которых, однако, основывалась на том же допущении. Сказанное отнюдь не умаляет заслугу М. В. Ломоносова, впервые приоткрывшего занавесу над тайной природы теплоты и давшего направление для дальнейших исследований. Его по праву считают одним из основоположников молекулярно-кинетической теории теплоты.

На четвёртом этапе учёный осуществляет конкретизацию (детализацию) в описании движения, определяющего сущность теплоты. Детализация модели осуществляется, во-первых, при включении механизма (тоже модельного) взаимодействия атомов. Отталкиваясь от той же идеи о невозможности взаимодействия на расстоянии, Ломоносов путём логических рассуждений приходит к выводу о шарообразной форме корпускул (атомов) и «шероховатости» их поверхностей. Второе направление конкретизации модели теплового движения – определение особенностей теплового движения в газах, жидкостях и твёрдых телах.

Пятый этап – этап проверки модели. Реализацию данного этапа Ломоносов проводит блестяще, иллюстрируя лучшие качества мыслителя. Полнота подбора тепловых явлений свидетельствует об ответственном отношении учёного к проблеме достоверности модели. Применение общей модели к различным явлениям становится генерирующим моментом достаточно большого числа моделей различных тепловых явлений. Этот этап, несомненно, предполагает сравнение предложенной модели с ранее существовавшими и, в частности, с моделью теплорода. Здесь М. В. Ломоносов находит яркие и убедительные доводы о несостоятельности теории последнего.

Шестой этап – включение построенной модели в физическую картину мира. Он проводится в двух направлениях: во-первых, сформированная модель помещается в систему моделей, определяющих физическую картину мира, одновременно расширяя и конкретизируя её, во-вторых, модель начинает, полностью или частично, использоваться для анализа других явлений (перенос модели с опорой на аналогию в другую область явлений). Ломоносов переносит модель на эфирную материю: «…движение и теплота свойственны и той тончайшей материи эфира, которой заполнено всё пространство».

Наконец, цели моделирования. За основу анализа структурного элемента как деятельности нами выбран функционально-целевой подход. Цели моделирования определяются теми функциями, которые «несут» модели в познавательный процесс. Анализ физических моделей в работах М. В. Ломоносова позволил выявить пять их основных функциональных нагрузок.

Мировоззренческая функция модели определяется местом данной модели в системе научных знаний (физическая картина мира) и влиянием её на совершенствование этой системы. Энциклопедичность научного творчества первого русского академика в обсуждаемом аспекте проявляется в широте охвата моделируемой действительности. Физические модели в совокупности с генеральными идеями составляют остов физической картины мира. Заметим, что сама физическая картина мира также является образом реальности, моделью действительности. Место моделей в структуре ломоносовской физической картины мира иллюстрирует приводимая схема моделей в физической картине мира. Знакомому с курсом физики в объёме средней школы должно быть видно, что развиваемые Ломоносовым модели являются истоками современной физической картины мира и были основополагающими в физической картине мира XVIII века.

Модели как материальные или идеальные отражения действительности несут большую объяснительно-описательную нагрузку. Это понимал гениальный учёный и в каждой работе физической тематики опирался на развиваемые им модели для объяснения «природы вещей».

К объяснительно-описательной функции модели тесно примыкает другая функция, ярко выраженная в деятельности Ломоносова как популяризатора науки, – демонстрационная. Эта функция ломоносовских моделей наиболее ярко проявлялась во время выступлений учёного на публичных заседаниях Академии наук. Читая публикации этих выступлений, не перестаёшь восторгаться красотой, логичностью и, главное, простотой речи учёного. Для объяснения теоретических построений он часто использует сравнительные модели, понятные неискушенному слушателю. В этих моделях сложным элементам из научных моделей ставятся в соответствие предметы из окружающего мира. Например, Ломоносов так поясняет взаимное расположение частиц эфира трёх сортов: «Представьте себе некоторое место, наполненное пушечными ядрами, так, что больше оным уместиться в нём не можно. Однако будут меж ними места праздные, которые могут в себе вместить пулей фузейных великое множество. Меж пулями промежки пускай будут наполнены мелкой дробью. В таковом состоянии пускай придут ядра, пули и дробь в движение, какое только представить можно»^[140].

В научном творчестве учёного модели функционируют не только как результат научного поиска, но и как средство для получения новых результатов (предсказательная функция модели). Так, на основе модели теплового движения Ломоносов предсказывает существование «последней степени холода» (абсолютного нуля) и, напротив, отсутствие наибольшей температуры. Другой пример: на основе модели газа, выдвинутой в работе «Опыт теории упругости воздуха» (1748), Ломоносов не только даёт объяснение свойства, но и предсказывает, что упругость должна быть пропорциональна плотности. Более того, он обсуждает причины отклонений от этой зависимости.

Критериальная функция моделей в работах Ломоносова проявляется двояко. Во-первых, с помощью моделей проверяется истинность знаний об оригинале, во-вторых, проверяется адекватность оригиналу других моделей, используемых в науке. В своих рассуждениях о механизме распространения света Ломоносов постоянно обращается к модели распространения звука. Распространение звука колебательным движением в воздухе служит критерием возможности аналогичного механизма распространения света через эфир. Созданная учёным молекулярно-кинетическая модель тепловых явлений послужила основой для критики теплородной модели. Вместе с тем молекулярно-кинетическая модель тепловых явлений в веществе, которую можно было проверить на опыте, выступает критерием достоверности для модели распространения тепла через эфир.

Анализ моделей, используемых первопроходцем русской отечественной науки, в настоящей работе не претендует на полноту. В статье затронут только структурно-компонентный аспект деятельностного подхода к изучению метода моделирования, но и этот материал позволяет усмотреть широту использования Ломоносовым моделей в объектно-предметном и функциональном планах, увидеть самобытность генетической структуры моделей. Это может служить основанием для заключения, что М. В. Ломоносов является одним из основоположников не только самой науки в России, но и её методологии. Ломоносовские традиции модельных объяснений в последующем были поддержаны и развиты русскими (А. М. Бутлеров, Н. А. Наумов) и советскими учёными (С. И. Вавилов, Л. Д. Ландау, В. А. Фок и др.).