Физика? Нет ничего проще! Возвращение физики

Чтобы понять, что же такое физика на самом деле, какое место она реально занимает в нашей жизни и где ее в этой жизни искать, надо уточнить «географию» поиска. Чаще всего рядом со словом «физика» всплывает слово «наука». От этого слова так и тянет чем-то далеким и заоблачным. Большинство граждан представляет себе связанных с наукой людей как все тех же рассеянных очкариков в белых халатах, практически исключительно – мужчин, от которых постоянно уходят жены, поскольку эти очкарики не от мира сего и ни на что, кроме этой своей науки, не пригодны. Они все время открывают что-то такое, которого никто и не закрывал. И денег за это получают мало. Или совсем не получают. Не спят ночами, мучительно исписывают кипы бумаги какими-то закорючками или сутками сидят, уставившись в монитор компьютера, испещренный теми же закорючками. Порой некоторые из них все же за что-то получают огромные премии, и тогда уже навечно уходят в своих белых халатах в бесконечные коридоры академических институтов и – страшно сказать – коллайдеров. Наук, которыми занимаются эти люди, великое множество – одни изучают мошек, другие – атомы, третьи – мозги. Все это – за счет налогоплательщиков, которым совершенно не нужны мошки, атомы и, особенно, мозги. И вот среди всей этой братии самые непонятные – физики. Что же они делают в своих лабораториях? Занимаются наукой? Которой? Как именно? Зачем? Одни вопросы. Уж очень раздражают физики нормальную общественность самим своим существованием и уж, подавно, еще и навязываемой по их милости необходимостью изучения этой нормальной общественностью того, что они натворили.

Для того чтобы разобраться в физике и с физиками, воспользуемся простой метафорой. Как только мы сталкиваемся с каким угодно заинтересовавшим нас явлением, из нашего сознания к этому явлению протягиваются незримые ручки, которые его тщательно «ощупывают» с помощью настоящих рук, если надо – оснащенных приборами и инструментами. Незримые ручки, протянувшиеся из нашего мозга, работают, не покладая себя, до тех пор, пока каждая из них не придет к результату, за который она отвечает. Так, одна ручка определяет возраст найденного, другая – твердость, третья – форму и так далее. Составляется описание граней исследуемого явления. Естественно, для составления представления о явлении в целом, добычу всех поработавших ручек необходимо сложить в одну (!) коробку. И не просто сложить, а расположить по ячейкам, связанным между собой надежно установленными связями. Вот теперь коробка опечатывается, чтобы в нее не проникли бездумные шаловливые настоящие ручонки желающих поиграть или поживиться, и отправляется на склад. Этот склад называется «наука», и затребовать с его полки нужную коробку всегда можно. Правда, при условии, что знаем, где эта полка находится, то есть знаем и помним, куда мы эту коробку положили.

Таким образом, даже на уровне метафоры понятно, что мы имеем дело с двумя совершенно разными феноменами, хотя и тесно связанными друг с другом. А именно – с наукой и научной работой.

2.1. Что такое наука

Прежде всего необходимо выяснить, что такое наука, которой почтительно боится нормальный обыватель. Ведь, по слухам, с ней не поспоришь, а этого мы не любим. Для понимания сущности науки надо кое-что разложить в голове по полочкам. Начнем с элемента (от латинского elementum – первоначальное вещество). Во всех развитых языках под элементом традиционно понимается «составная часть сложного целого». Различные элементы, сваленные в кучу («купу», как и сейчас говорят в Украине и Белоруссии), образуют то, что в славянских языках называется «совокупностью». Но если эти элементы взаимодействуют между собой, причем такая совокупность в целом приобретает свойства, не присущие ни одному из элементов, мы имеем дело с системой. То есть: системой называется совокупность взаимодействующих элементов, каждый из которых не обладает свойствами системы в целом, но является ее неотъемлемой частью.

То, что так старательно добывали незримые ручки, скорее всего – «сведения»: это еще надо сводить воедино и упаковывать в одну коробку. А упаковываем мы организованно и направленно, тщательно устанавливая связи между элементами, фиксируя эти связи определенным расположением добытого в ячейках. То есть приводя добытые элементы – сведения о явлении – в систему, систематизируя их. Вот в итоге и поступает на склад изящная компактная коробка с ячейками формы, удобной для укладывания и доставания элементов. Эта коробка – знание о явлении, соответствующее сегодняшнему уровню исследовательских возможностей, то есть ловкости и оснащенности незримых и зримых ручек. Познавательная деятельность – это совокупность процессов, процедур и методов, которыми пользуется для добывания сведений и формирования знания человек с его управляющим центром – мозгом – и периферийными устройствами и возможностями. Знание, находящееся в научном хранилище, является жестким, надежным и уже отделено от того, кто его получил. Таким образом, знанием называется форма существования систематизированных результатов познавательной деятельности человека. Если принять во внимание, что информация – это процесс или результат преобразования явлений реального мира в явления виртуального мира нашего сознания, то становится очевидным информационно-модельный характер системы и определенных на ней операций.

В основе познавательной деятельности человека лежит потребность познавать мир, обусловленная необходимостью адекватных реакций на возникающие в нем ситуации. То есть необходимостью выживания. Форма проявления познавательной потребности – обращение внимания человека на возможно важные для его существования явления – называется интересом. В процессе эволюции человек очень далеко ушел от своего первобытного предка, став существом социальным, видящим мир широко – и в пространстве, и во времени. Человеку надо есть, чтобы жить сейчас, и он обращает внимание на генетические особенности продуктов питания. Человеку надо размножаться, и он обращает внимание на психологические особенности представителей противоположного пола. Человеку все равно придется через какие-нибудь три-четыре миллиарда лет покинуть насиженное в космосе около своей звезды место, чтобы выжить, и он уже сейчас обращает внимание на природу других звезд и пути к ним. Много у человека интересов. Если он – человек, разумеется. Каждое проявление каждого из интересов человека приводит к выделению им из окружающего мира или своего внутреннего мира (а в конечном счете – из потока своего сознания) определенного явления. Затем человек исследует это явление в процессе познавательной деятельности. Далее, используя свою социальность, то есть связи с другими людьми, заинтересованными в этом явлении и исследующими его, человек формирует знание о нем. Строго говоря, когда речь заходит о знании, оно формируется уже не человеком, а людьми. То есть отчуждается от конкретных человеков и начинает жить своей собственной, нелюдской, жизнью.

Знаний получается в итоге много, и касаются они практически всего, с чем сталкивается человек. Всего – это мира, окружающего человека, и внутреннего мира, который человек формирует в себе и несет по жизни. Каждое из этих знаний во времени развивается, углубляясь и уточняясь. В коробках на складе появляются новые ячейки, новые связи. Для того чтобы быть полезными человеку, да и для того чтобы их было можно в нужный момент отыскать и восстановить, все надежно установленные, проверенные и систематизированные знания, хранящиеся на складе, должны быть объединены в систему. В совершенно нелюдскую систему, не зависящую от чьих-либо сиюминутных настроений и состояний. Вот такой получается роботизированный склад, чуждый эмоций и чувств, в котором можно найти и построить все, что может понадобиться Человеку.

Итак, мы пришли к тому, что наукой называется система постоянно развивающихся знаний о реальном окружающем мире и внутреннем мире человека. В одном фантастическом фильме от человекоподобного робота остался только титановый скелет, неотвратимо преследующий свою цель. Это ассоциативно вполне увязывается с представлением о науке. Ее нельзя остановить. Ей невозможно противостоять. Ей все равно, кто каждый из нас и что мы о ней думаем. Ее надо понимать и уважительно ею пользоваться. Она может впадать в спячку за ненужностью в данный момент, она может уйти в другое место, если в ее доме поселились шарлатаны или расположилось учреждение для людей с задержкой умственного развития. Но убить ее нельзя. Даже вместе с человечеством. Был бы добротный Склад. Прилетят инопланетяне и реанимируют, присоединив к своей науке. Вот такая оптимистичная картина складывается в историческом развитии науки.

Говорят, что у науки много функций. Отсюда, как правило, вытекает много заблуждений и ошибок. Базовая, главная, исходная функция у науки только одна – описательная. Наука стремится в конечном счете надежно и ясно описывать мир. В конечном счете – потому что в познавательном процессе это стремление пробивается через трудности инструментального характера и индивидуально-личностные особенности модельных толкований наблюдаемых явлений. Объяснять ясное – бессмыслица, поэтому наука ничего не объясняет. Объяснять может человек, пользуясь достижениями науки и ее языком. Описание не есть материальное производство. Поэтому наука не может быть непосредственной производительной силой, как это взбрело в безграмотные головы советских руководителей в прошлом веке, что существенно затормозило развитие науки. Для этого есть другие, не менее важные и уважаемые виды человеческой деятельности, пользующиеся результатами науки, но ею не являющиеся. К ним относятся, например, педагогика, инженерия и медицина. Наука не может быть что-то кому-то должна – она не банк и не заемщик. Ознакомление с чем-либо – это всегда задавание вопросов и получение ответов на них. Мы можем пользоваться созданными наукой описаниями мира, задавая ей вопросы и получая ответы на уровне и в рамках этих описаний. Ну и, разумеется, можем сами пополнять науку, участвуя в создании таких описаний.

Науку нельзя «популяризировать» – ни методы, ни результаты. Их можно только транслировать, то есть передавать инструментальными средствами науки, используя уровни научного описания, доступные адресатам. Ведь сущность научного подхода заключается в создании модели, адекватной рассматриваемой ситуации, в том числе – модели математической. Образное представление модели явления в принципе одинаково для любого уровня ее рассмотрения. И, соответственно, для любого субъекта рассмотрения. А знаковое описание модели носит выраженно уровневый характер: для разных уровней описания одного и того же явления (например, для грубой оценки и точного расчета) в рамках одной и той же модели могут привлекаться вообще разные знаковые системы (например, разные разделы математики). При этом степень научности разноуровневых описаний одной и той же модели явления в принципе одинакова. Впоследствии мы еще не раз вернемся к этому тезису.

Из всего сказанного следует, что наука принципиально адекватна. Прежде всего, эта адекватность определяется необходимостью осознанного формирования научной модели, которая просто не может быть неадекватной для определенного уровня рассмотрения явления. По определению, ввиду требования ее простоты. Именно уровень рассмотрения, заданный, в конечном счете, сиюминутным интересом, определяет границу адекватности модели и, следовательно, границу ее применимости. Указывая, называя и описывая существенные для интересующей нас задачи стороны явления, то есть формируя его модель, мы в любой отрасли науки, прежде всего, обязаны пользоваться в принципе точным понятийным аппаратом, обеспечивающим адекватность отражения рассматриваемой грани явления. На этом фоне описание моделей причинно-следственных связей между моделями явлений является также принципиально адекватным. Это касается как образного, так и знакового описаний, которые, несомненно, тесно связаны между собой. В конечном итоге, единственным универсальным средством описания любого явления служит математика – в любом из своих обличий, в том числе – представленная любой знаковой системой в виде языка. Таким образом, все отрасли науки точны в смысле требования адекватности модельных представлений явлений. Просто для описания более сложных явлений, например, психологических, требуются и более сложные разделы математики, возможно, пока еще и не разработанные. Во всяком случае, научный работник, изучающий эти психологические явления, если он является таковым, должен владеть математическим аппаратом лучше, чем физик-теоретик, имеющий дело с наиболее простыми и, чаще всего, наглядными моделями. Так что рассуждения и даже упоминания о точных и неточных отраслях науки (тем более – о «науках») являются проявлением дилетантизма и непонимания сущности феномена науки.

2.2. Что такое научная работа

Не всякая познавательная деятельность научна. Ее научность определяется тем, выдерживает ли осмысление результатов исследований проверку принципами теории познания (см., например, [2]). Проверяются результаты – познавательной деятельности в целом и отдельных ее этапов. Последовательность этих этапов обусловлена особенностями научного продуктивного мышления [6, 8], сложившимися в процессе филетической эволюции человека [5]. Такая последовательность определяет структуру научного познания как процесса, и потому ее соблюдение в ходе исследования также нуждается в систематической проверке. На этом проверки на научность (то есть на соответствие науке) заканчиваются. Остается индивидуально-личностная и коллективная познавательная деятельность в рамках заданных требованием научности структур. Это есть не что иное, как научная работа.

Научная работа представляет собой совместное решение совокупности задач, обеспечивающее достижение поставленной познавательной цели. Поэтому она включает в себя множество действий, порой не имеющих непосредственного отношения к рассматриваемому явлению, но каждое из этих действий осуществляется в соответствии с алгоритмическим принципом решения задачи [6, 9].

Самым первым и самым важным шагом решения всякой задачи и, тем более, научной, является ее эмоциональное присвоение. Исходя из представления об эмоции, к эмоциональному присвоению можно побудить, но его нельзя транслировать в конкретике. Людьми, ввиду их индивидуальности, просто не могут быть присвоены эмоции других людей. Могут быть осмыслены и поняты в каких-то своих представлениях, а затем – приняты во внимание. Но не приняты на уровне восприятий и представлений адресантов. Они – чужие. Очень хорошо помню, как во время моей учебы на третьем курсе университета замечательный теоретик в области теории симметрии профессор кафедры физики кристаллов Владимир Александрович Копцик предпринимал попытку такого побуждения к эмоциональному восприятию явления. Он с энтузиазмом и восхищением зачитывал нам фрагмент повести американского писателя Чарльза Сноу «Поиски». В этом фрагменте описывались красота выросших в лаборатории кристаллов и увлекательность наблюдения процесса этого роста. Из всей студенческой группы ростом кристаллов уже в те времена (впоследствии – существенную часть жизни) занимался один я. Потому я мог разделять эмоциональный настрой автора, но не более того. Те объекты, о которых писал он, были мне достаточно чужды – я был заинтересован кристаллизацией других веществ. И все же мне было интересно, и я не чувствовал себя одиноким в своих интересах. Но я смотрел на лица студентов группы и уже тогда понимал, что этот педагогический пассаж Владимира Александровича если и задевал еще кого-нибудь, то уж совсем ассоциативно – поэтичностью языка, энтузиазмом преподавателя, да и просто соответствием описываемой в лаборатории обстановки осенней погоде за окном аудитории. Поэтому то, чем занимался в данном случае профессор, не имело отношения к науке – это был призыв к пониманию очарования научной работы. Но самому очарованию невозможно научить. И учить в строгом смысле слова нельзя – настолько оно у всех разное (если присутствует вообще).

Гораздо позже, уже в процессе функционирования собственной научной школы, занимавшейся физикой роста кристаллов, различие между наукой и научной работой, связанное с эмоциональным восприятием собственной деятельности, становилось для меня все очевиднее.

На растущей из расплава поверхности кристалла образовывалась зеркальная грань. Это описывалось хорошо известной простейшей моделью, в которой по растущей гладкой поверхности кристалла двигалась ступенька высотой в один атом. Двигалась она за счет присоединения к ступеньке новых атомов из расплава. На самом деле, разумеется, все гораздо сложнее, особенно при росте кристаллов из расплава. В этой простейшей модели теоретики Бартон, Кабрера и Франк [1] рассчитали, а экспериментаторы неоднократно и надежно показали, что для определенного механизма порождения ступени скорость роста кристалла вдоль нормали к поверхности при этом пропорциональна квадрату переохлаждения расплава вблизи поверхности кристалла. Переохлаждение – это такое (обычно весьма незначительное) понижение температуры расплава, при котором вещество уже должно перейти в твердое состояние. Вместе с образной моделью, такая зависимость,

является научным результатом, относится к науке, и я с моими сотрудниками был этому обучен, это было нам транслировано – преподавателями и научной литературой. И, если будет нужно, еще не раз транслирую это с вполне однозначным результатом (иначе просто не приму экзамен).

Но вот ряд наблюдений за процессом роста кристаллов веществ, которые были объектами наших исследований, показал, что эти кристаллы, возможно, растут в соответствии с другим законом. Более сложное, чем в модели Бартона, Кабреры и Франка, атомное строение этих кристаллов позволило предположить, что в простейшей модели структура ступеньки на растущей поверхности будет несколько иной, а потому и закон может иметь иной вид для этого частного случая. Это никак не противоречит научности, адекватности и точности предыдущего модельного описания. А дальше – на установление конкретного вида этого закона ушло больше года напряженной работы группы сотрудников. Кристаллы растут достаточно медленно, и процесс в нашем случае тянулся от суток до недели. И все это время – непрерывное наблюдение за процессом, его обеспечение, контроль и управление, с которыми не может безнадзорно справиться никакая автоматика. Это захватывает, но изматывает. Но вот процесс закончен, и кристалл, добытый из недр установки, лежит на столе, и мы любуемся им. И вот уже один доцент позвякивает возле сейфа с веществами какой-то посудой, а его аспирант бежит в институтский буфет за сосисками с горошком. В нарушение всех правил внутреннего распорядка мы садимся за один из лабораторных столов и в процессе такого вот мини-банкета делимся впечатлениями, вспоминаем грустные и смешные истории, происходившие в процессе эксперимента, говорим, что недопустимо вот так выматываться и договариваемся, когда будем выматываться в следующий раз и что к этому надо подготовить. Затем, усталые, но счастливые, расходимся по домам – к семьям, ваннам, вкусным ужинам и вообще нормальной жизни. Все, что здесь было описано – научная работа. Этому невозможно научить. Более того – нельзя учить. Не буду я учить студентов и аспирантов разводить спирт – этому уже научил Менделеев. Не буду учить нарушать правила внутреннего распорядка учреждения и здорового образа жизни. Но научная работа, в отличие от науки, имеет человеческое лицо, и не только лицо. Она просто человечна. Наука себе этого позволить не может.