Книга одного з найвідоміших учених сучасності, нобелівського лауреата з фізики, доктора філософії Стівена Вайнберга - захоплююча і енциклопедично повна історія науки. Це фундаментальна праця про те, як народжувалися і розвивалися сучасні наукові знання, рухаючись від простого колекціонування фактів до точних методів пізнання навколишнього світу. Один з найвідоміших мислителів сьогоднішнього дня проведе нас по найцікавішому шляху - від древніх греків до нашої ери, через розвиток науки в арабському і європейському світі в середні віки, до наукової революції XVI-XVII століть і далі до Ньютону, Ейнштейну, стандартної моделі, гравітації і теорії струн. Ця книга для всіх, кому цікава історія, сучасний стан науки і ті шляхи, за якими вона буде розвиватися в майбутньому.
Пояснюючи світ. Витоки сучасної науки
Перекладач Вікторія Краснянська
Керівник проекту І. Серьогіна
Коректор М. Миловидова
Комп'ютерна верстка A. Фоминов
Дизайн обкладинки Ю. Бугу
Карта зоряного неба на обкладинці Shutterstock
Малюнок очі на обкладинці Pepin van Roojen
Видання підготовлено за підтримки Фонду Дмитра Зіміна «Династія»
Присвячується Луїзі, Елізабет і ГабріельВообразі: поки ми тут, гуляючи, З тобою розмовляли, дорога, За нашою спінойПолзлі дві тіні, на кшталт привидів; Але опівдні засяяло над головойМи топтатимуть ці тіні! Джон Донн. Лекція про тіні [1]
Я фізик, а не літописець, але з роками мене все більше і більше зачаровує історія науки. Це надзвичайно цікава тема, одна з найбільш захоплюючих в історії людства. Ми, вчені, робимо на неї особливу ставку. Ті дослідження, які ведуться сьогодні, беруть свій початок в минулому, на них лягає відсвіт досягнень попередніх поколінь - історія науки надихає вчених в їх роботі. Кожен з нас сподівається внести хоча б маленький внесок в грандіозну літопис природної науки.
Прийшов час, і я вирішив «копнути глибше», щоб краще пізнати ранні епохи наукового пізнання, коли цілі і методи фізики і астрономії ще не сформувалися в нинішньому вигляді. Дотримуючись природному для професора університету шляху, для того, щоб самому дізнатися щось нове, я вирішив зайнятися викладанням цікавить мене галузі знань як предмета. У Техаському університеті за останні десять років я протягом кількох років читав курс історії фізики і астрономії для студентів старших курсів, які не мають спеціальних знань в галузі фізики, математики або історії. Накопичених при підготовці заміток мені вистачило, щоб написати цю книгу.
Але в міру того, як книга набувала форму, я побачив, що у мене виходить щось більше, ніж простий наратив: відображення того, як сучасний вчений сприймає досвід науки минулих епох. У цій роботі я користуюся можливістю розкрити своє бачення природи фізичної науки і її нерозривному зв'язку з релігією, технікою, філософією, математикою і естетикою.
У доісторичний період існувало щось на зразок науки. Природа весь час демонструвала безліч загадкових явищ: вогонь, грози, епідемії чуми, рух планет, світло, припливи і т. Д. Спостереження за світом вело до корисних узагальнень: вогонь гарячий, грім віщує дощ, припливи вище в повний місяць і молодик і т. д. Ці зіставлення стали частиною емпіричних знань людства. Але з'явилися люди, яких не задовольняло просте колекціонування фактів. Вони хотіли пояснити світ.
Це було не легко. Наші попередники не тільки не знали того, що відомо нам; що важливіше, вони не поділяли наші поняття про те, яким чином і що саме слід вивчати в природі. Знову і знову, готуючись до чергової лекції мого курсу, я був вражений тим, наскільки відрізняється методологія науки минулих століть від сучасної. Цитуючи знамениті слова з відомого роману Л. Хартлі [2], «минуле - це чужа країна; звичаї його мешканців відрізняються від наших ». Я сподіваюся, що мені вдасться донести до читачів не тільки сенс подій, що стали віхами в історії точних наук, а й те, як важко давалися вченим того часу наукові досягнення.
Таким чином, моя книга не тільки про те, як ми прийшли до розуміння різних явищ і властивостей навколишнього світу. Будь-яка праця з історії науки розповідає про це. Основна увага в книзі зосереджено на тому, як ми навчилися вивчати світ.
Я віддаю собі звіт, що слово «пояснюючи» в назві книги піднімає питання, актуальні для філософії науки. Вони часто вказують на те, що важко провести чітку межу між поясненням і описом (мені доведеться сказати про це кілька слів в главі 8). Але ця робота скоріше з історії науки, а не по її філософії. Під поясненням я маю на увазі щось свідомо невизначений, приблизно те ж, що в звичайному житті виходить, коли ми намагаємося пояснити, чому кінь виграла скачки або чому літак розбився.
Слово «витоки» в підзаголовку теж досить суперечливо. Я думав про те, чи не варто дати книзі підзаголовок «Відкриття сучасної науки». Зрештою, не може ж наука існувати окремо від займаються нею людей. Проте я вибрав слово «витоки» замість слова «відкриття», щоб підкреслити, що наука така, як вона є, не в результаті ланцюжка якихось відбулися завдяки щасливому випадку історичних винаходів, а просто тому, що вона - природне відтворення природи . Незважаючи на всі свої недосконалості, сучасна наука - це спосіб пізнання, досить точний, щоб з його допомогою встановлювати достовірні факти про навколишній світ. У цьому сенсі рано чи пізно люди повинні були цю техніку пізнання відкрити.
Таким чином, можна міркувати про витоки науки приблизно так само, як історики міркують про витоки сільського господарства. Незважаючи на своє різноманіття і недосконалість, сільське господарство працює, оскільки його методика добре пристосована до кінцевої задачі - вирощувати їжу.
З усіх галузей науки найбільший упор в моїй книзі зроблений на фізиці і астрономії. Причина в тому, що саме в фізиці, особливо в її додатку до рішення астрономічних завдань, наука вперше знайшла свою сучасну форму. Звичайно, є межі того, наскільки закономірності розвитку таких наук, як, наприклад, біологія, чиї принципи дуже тісно пов'язані з певною послідовністю історичних випадковостей, можуть або повинні співвідноситися з закономірностями фізики як з моделлю. Проте є резон розглядати розвиток біології та хімії в XIX і XX ст. в порівнянні з моделлю революції у фізиці в XVII в.
Наука зараз інтернаціональна і, можливо, є самим загальнолюдським аспектом діяльності сучасної цивілізації, але зародження сучасної науки відбулося в тій частині світу, яку можна дуже умовно позначити як «Захід». Сучасна наука користується методами, розробленими за часів наукової революції в Європі, матеріалом для якої, в свою чергу, послужили праці європейських і близькосхідних арабських вчених Середньовіччя, які, в кінцевому рахунку, грунтувалися на рано дозрілої науці Древньої Греції. Захід запозичив наукове знання з багатьох джерел: геометрію - з Єгипту, астрономію - з Вавилона, арифметику - з Вавилона і Індії, магнітний компас - з Китаю і т. Д. Але, наскільки мені відомо, Захід ні у кого не перейняв методи сучасного наукового пізнання. Тому в моїй книзі особливе значення надається саме Заходу (включаючи середньовічний іслам), на противагу думці Освальда Шпенглера і Арнольда Тойнбі: мені майже нічого сказати про науку в інших частинах світу і зовсім нічого про цікавинками, але абсолютно ізольованому розвитку культур доколумбової Америки.
Часто трапляється так, що який-небудь історик проводить роки, вивчаючи праці великої людини, і в кінці кінців піддається спокусі надмірно звеличувати свого героя. Я спостерігав, як таке траплялося з тими, хто описував праці Платона, Аристотеля, Авіценни, Гроссетеста або Декарта. Але це не означає, що я намірився обізвати всіх філософів минулого дурнями. Навпаки, показуючи, як далекі були ці власники чудового інтелекту від сучасних концепцій науки, я хочу продемонструвати, як був важкий і неочевидний шлях до відкриття методів наукового пізнання, нинішніх загальноприйнятих практик. З іншого боку, це ж говорить нам про те, що не варто вважати побудову будівлі науки завершеним. Я неодноразово відзначаю в книзі, що, як би не вражав прогрес методів наукового пізнання, ми і зараз не застраховані від повторення помилок минулого.
Деякі історики вважають за краще ігнорувати сучасні наукові знання, займаючись описом робіт вчених минулого. На відміну від них, я активно використовую знання нашого дня, щоб пояснювати минулі наукові концепції. Наприклад, було б дуже цікаво спробувати зрозуміти, як астрономи епохи еллінізму Аполлоній і Гіппарх, грунтуючись на доступних їм даних, прийшли до висновку, що планети, що описують петлі-епіцикли, рухаються навколо Землі, але це неможливо, оскільки велика частина інформації, якою вони мали у своєму розпорядженні, загублена. Але ми точно знаємо, що і в давнину, і зараз Земля і всі планети рухалися і рухаються навколо Сонця по еліптичних орбітах, і, знаючи це, ми можемо пояснити, як спостереження астрономів давнини могли підштовхнути їх до висновку теорії епіциклів. Так чи інакше, як можна, читаючи про астрономію древніх, не брати до уваги наші сучасні знання про будову Сонячної системи?
Наука сьогодні зовсім не та, якою вона була на зорі свого становлення. Її досягнення не пов'язані з конкретними особистостями. Натхнення і естетичне почуття важливі в той момент, коли народжується нова наукова теорія, але чи втримається теорія, залежить від того, наскільки її передбачення підтвердяться в неупереджено проведеної серії експериментів. Незважаючи на те що математика використовується для формулювання фізичних теорій і розуміння їх наслідків, вся наука не є підмножиною математики, і немає способу виводити наукові теорії з голою математики. Наука і техніка йдуть рука об руку і витягають взаємну користь, але на фундаментальному рівні вчені не займаються дослідженнями в прикладних цілях. Хоча у науки немає якої-небудь відповіді на питання про існування Бога і загробне життя, її завдання - пошук пояснень явищ природи, які мають виключно природні причини. Наука має властивість накопичувати знання; кожна знову створювана теорія включає успішно доведені більш ранні теорії як окремі випадки і навіть зобов'язана пояснювати, чому і в яких умовах висновки цих теорій справедливі.
Нічого зі сказаного вище не була очевидними фактами для вчених Стародавнього світу або Середніх віків і набуло чинності фактів з великими труднощами лише в результаті наукової революції XVI-XVII ст. Ніхто не ставив перед собою мету будь-коли створити те, що ми називаємо сучасною наукою. Так як же вийшло, що наукова революція відбулася, і який шлях розвитку пройшла наука після неї? Ось що ми спробуємо дізнатися, вивчаючи історію становлення сучасної науки.
Фізика в Стародавній Греції
Задовго до і в процесі розквіту науки в Стародавній Греції істотний внесок в техніку, математику і астрономію внесли вавилоняни, китайці, єгиптяни, індійці та представники інших народів. Проте саме Греція освітила шлях майбутнього розвитку науки і стала зразком для решти Європи, і саме Європа стала колискою сучасної науки, в формуванні якої давньогрецькі мислителі відіграли особливу роль.
Можна до безкінечності сперечатися про те, як вийшло, що саме древні греки досягли таких висот знання. Можливо, свою роль зіграло те, що зачатки науки з'явилися тоді, коли давньогрецька цивілізація складалася з незалежних міст-держав, багато з яких були демократичними. Але, як ми побачимо, найвидатніші відкриття греки зробили вже тоді, коли ці маленькі держави виявилися поглинені великими імперіями: елліністичними царствами, а пізніше - Римом. Греки епохи еллінізму і римського панування домоглися таких успіхів у природознавстві і математиці, які ніхто не зміг перевершити до самої наукової революції XVI-XVII ст. в Європі.