CC BY
149
© 2003 г. В.И. Исмаилов
ИДЕАЛИЗАЦИЯ И ИДЕАЛЬНЫЙ ОБЪЕКТ В СОВРЕМЕННОЙ ФИЗИКЕ
Метод идеализации, используемый для создания идеальных (или идеализированных) объектов в системе научных знаний, дающий его адекватную картину, отражая действительность в форме определенных законов и категорий, занимает особое место. Согласно мнению многих исследователей, идеализация, органически связанная с операцией абстрагирования, - один из рациональных методов и основных видов научно-теоретического исследования. По утверждению проф. А.П.Субботина, идеализация, будучи особым мысленным процессом, есть упрощение, дающее возможность отвлечься от качества, не интересующего исследователя с научно-исследовательской точки зрения в теоретических построениях, отношение и свойство, не имеющее важного значения [1].
Идеализация, позволяющая изучить тайны материального мира, достичь более глубокого и всестороннего осмысления, глубоко проникнуть в суть (значимость), скрытую за внешними и случайными сторонами действительности, являясь высшей стадией развития процесса абстрагирования, позволяет получить ряд результатов, недостижимых даже для самого процесса абстрагирования.
В процессе идеализации предмет «упрощается», «обедняется» так, что в рассматриваемом состоянии присущие ему значительные или незначительные параметры и признаки, отдаляясь от него, не рассматриваются. В этом смысле, хотя идеализация и есть один из видов абстрагирования, она полностью не может быть отождествлена с ним. Идеализация - упрощение, обеднение, схематизация, происходящая после абстрагирования действительности. Этот процесс связан с созданием мысленных элементов, идеализированных теоретических объектов [2].
В научном познании широко используются «идеальные» объекты, несуществующие в действительности, претворение в жизнь которых полностью в общем-то, и невозможно. В качестве примеров идеализированных объектов можно назвать такие физические, как «абсолютно твердое тело», «идеальный газ», «точечный заряд», «материальная точка», «точечный источник света», «несжимаемая жидкость», «идеальный раствор», а также математические понятия - «точка, прямая, поверхность, равносторонний треугольник» и т.д.
Прежде всего отметим, что процесс построения идеальных объектов обязательно требует абстрагирующей деятельности сознания. Постараемся пояснить это на примере формирования понятия «абсолютно твердое тело».
Как известно, все тела под воздействием сторонних сил, изменяя свои размеры и форму, деформируются. Однако, под «абсолютно твердым телом», подразумевается тело, не деформирующееся под воздействием сторонних
сил, т.е. сохраняющее свою форму и размеры при любых условиях. На самом деле в природе его нет. Ни одно из реальных тел не обладает свойством абсолютной твердости. Даже алмаз, считающийся самым твердым, в экстремальных условиях - при очень высоких давлениях и температурах - может быть нетвердым. Итак, понятие «абсолютно твердое тело» создается не посредством теоретических обобщений, характерных для создания обычных понятий, а переходом в предельное состояние в развитии рассматриваемого свойства тела, т.е. путем идеализации. Для осуществления приближения к такому предельному состоянию в нашем примере сравним вещества, обладающие различной твердостью: глина, графит, алмаз. Они в различной степени способны сохранять свою геометрическую форму под внешним воздействием. Из этих веществ самой малой твердостью обладает глина, самой большой - алмаз. А теперь представим себе такое тело, которое не изменяет своей формы ни при каких условиях. Такое тело будет абсолютно твердым телом. Чтобы представить его, следует использовать идеализацию - логическую операцию, позволяющую перейти в предельное состояние в развитии свойства твердости тела.
Как видно из вышеприведенного примера, процесс мысленного построения идеальных объектов, обязательно требует абстрагирующей деятельности сознания. Например, создавая идеальный объект «абсолютно твердое тело», мы абстрагируемся, исходя из способности реальных тел деформироваться под воздействием сторонних сил. Говоря же «абсолютно черное тело», т.е. тело, способное полностью поглотить энергию падающего на него света, мы абстрагируемся от того факта, что все реальные тела в малой или большой степени обладают способностью отражать падающий луч.
При идеализации физическим объектам приписываются свойства, несуществующие в природе и практически нереализуемые. Например, в физике широко используется понятие «идеальный газ», в котором пренебрегли взаимодействиями и реальными размерами молекул, считающихся абсолютно эластичными. В данном случае подразумевается такой разреженный газ, потенциальной энергией которого можно пренебречь, ввиду очень слабого взаимодействия между молекулами. В действительности в природе его нет, однако несмотря на это, основные законы молекулярно-кинетической теории (законы Авогадро, Бойля-Мариотта, Гей-Люссака, Шарля, уравнение Менделеева-Клайперона) изучаются именно на основе этого понятия.
Хотя указанные законы выполняются только лишь для идеальных газов, при определенных приближениях они могут характеризовать достаточно разреженные реальные газы, в которых объем, занимаемый частицами, в сравнении с общим объемом, занимаемым самим газом, очень мал и вследствие этого можно пренебречь объемом частиц и потенциальной энергией их взаимодействия. Однако при отсутствии указанного условия, законы, полученные на основе идеализации, могут быть применимы к действительности только с определенными поправками. Такую поправку к уравнению Клапейрона дал в
1873 г. Ван-дер-Ваальс, изучавший закономерности реального газа. Отметим, что представления не только об идеальном газе, но также и о других идеальных объектах, позволяют формулировать очень важные научные законы.
Из вышеприведенных примеров видно, что в каяедом произвольном состоянии процесс идеализации содержит в себе момент абстракции, а это дает основание рассматривать процесс идеализации, связанный с созданием идеализированных объектов, как особый вид абстрагирующей деятельности человека.
В процессе формирования идеальных объектов наряду с абстрагированием участвуют и другие мыслительные операции. Идеализация «требует анализа реального объекта после мысленного расщепления его и дальнейшего восстановления его в результате процесса синтеза снова как целого» [3]. Значит, процесс идеализации неотделим от анализа, синтеза и проводимых на их основе операций обобщения и абстрагирования и основывается на процессе творческого воображения. В результате идеализации предмет не просто зеркально отражается в понятиях, он снова мысленно воспроизводится, строится в человеческом уме (сознании) в виде мысленного объекта, очищенного от известной информации. В этой связи Д.П.Горский пишет: «Предмет, в результате претворенного в жизнь анализа и синтеза снова воспроизводится своими важными и необходимыми связями с точностью и адекватностью, обусловленными, с одной стороны, состоянием науки и экспериментальной техники, с другой же стороны - характером решаемых научных задач» [4].
В процессе распространения понятий формирование связи между анализом и синтезом в познании вызвано тем, что синтезирование, независимо от степени отражения в мышлении характеристики понятия объективной действительности, есть результат анализа действительности в любом состоянии и продукт пренебрежения рядом его свойств. То же можно отнести и к аналитическим процессам, связанным с идеализацией: анализ, ведущий к развитию понятий, в свою очередь связан с синтезом важных свойств объективной реальности независимо от степени его глубины.
Анализ и синтез, процесс обобщения, проводимый на их основе, неотделимы от абстрагирования и идеализации. Абстрагирование, происходящее на основе анализа, требует не только пренебрежения свойствами, признаками рассматриваемого объекта, носящими временный, преходящий характер, но и выбора и отделения свойств, необходимых ему. Процесс абстрагирования органически связан с операцией обобщения, обеспечивающей выбор и отделение признаков, важных для ряда некоторых объектов познания, другими словами, различения качеств, общих и важных для определенной категории объектов. Обобщение понятий - это процесс не только выбора, но и преобразования, основу которого составляет идеализация. А это связано с тем, что в каждом понятии отражается в огрубленной, схематизированной форме класс предметов, освобожденный от временных, индивидуальных качеств. Допус-
каемые в понятиях такие огрубления схематизации, упрощения, не искажая реальный объект, служат выявлению их еще более глубокого значения. Связь идеализации с другими мысленными процессами, в том числе абстрагированием и обобщением, анализом и синтезом объясняется, прежде всего, тем, что в процессе построения идеальных объектов мы обязательно должны достичь нижеследующих целей:
а) лишить реальные объекты присущих им некоторых свойств;
б) добавить к этим объектам мысленно нереальные, практически нереализуемые гипотетические свойства.
Для этого используются:
1) многоступенчатый способ абстракции. Этот метод формирования идеальных объектов особо широко применяется в математике. Понятие геометрической «точки» создается таким же способом. Абстрагируясь от толщины реальных объектов, мы создаем понятие «поверхность»; затем, лишая ее одного из линейных размеров, например ширины, получаем «линию» и, наконец, лишая линии единственного измерения - длины, получаем «точку»;
2) переход в предельное состояние в развитии какого-либо свойства тела. Так были созданы «абсолютно твердое тело», «абсолютно черное тело», «несжимаемая жидкость» и др., идеальные объекты, широкое применяемые в физике. Например, понятие «абсолютно черное тело» можно создать следующим образом: разместив по степени возрастания способности поглощать энергию света, падающего на него, мысленно удлиняя этот ряд, в конце него представить такое тело, которое полностью поглощает падающее излучение. Это идеальное тело будет «абсолютно черным»;
3) создание идеальных объектов путем простой абстракции, (отбрасыванием) исключением некоторых реальных свойств тела. Эго возможно лишь в том случае, когда пренебрежение ими будет происходить одновременно с введением (приписыванием) ему нереальных, практически нереализуемых в действительности свойств. Например, исключение способности произвольной жидкости сжиматься под влиянием внешнего давления означает приписывание ей свойства несжимаемости; исключение свойства любого тела отражать свет, означает приписывание ему свойства полностью поглощать энергию падающего излучения. А этим свойством может обладать только несуществующее в природе «абсолютно черное тело».
Как видно, в каждом из трех случаев, рассмотренных нами, в создании идеальных объектов используются пренебрежение их реальными свойствами, и приписывание им гипотетических, нереальных свойств. Процесс идеализации состоит именно из диалектического единства этих двух процессов.
Идеализацией, являющейся методом научного познания, пользуются только тогда, когда объект познания бывает достаточно сложным. В предельном случае развития явления исследователь, выделивший какое-то его свойство, приобретает возможность изучать его. В идеализации, характеризую-
щейся исключительно теоретическим знанием, деятельность логического мышления бросается в глаза в более ярко выраженной форме. Понятие, созданное в результате идеализации какого-либо реального свойства тела, поскольку обладает «частью фантазии», не соответствует полностью этому свойству. Однако в таком научном познании идеализация необходима. «Самым надежным критерием же идеализированных положений является непосредственное подтверждение в эксперименте и на практике результатов познания, полученных путем идеализации отдельных свойств тела» [5].
Значение идеализации как универсального метода теоретического познания заключается в том, что воображаемые, идеальные объекты, созданные этим методом, являются важным средством для изучения реальных тел и процессов. Для еще более яркой демонстрации значения метода идеализации в открытии научных законов, рассмотрим предположения, позволившие Г.Галилею открыть закон инерции.
Допустим, что мы толкаем маленькую тележку вдоль дороги. Тележка, двигающаяся после полученного толчка, наконец, остановится. Есть различные способы удлинения пути свободного движения тележки. Например, смазка колес, сглаживание дороги и т.д. Эти действия, хотя бы частично уменьшая внешние воздействия, тормозящие движение тележки, увеличат пройденный ею путь. В общем все действия (принятые меры), проведенные с целью уменьшения внешнего воздействия на тележку, послужат причиной удлинения пройденного ею пути. Однако невозможным будет полное исключение всех внешних воздействий, оказываемых на тележку в это время.
На основе важной (необходимой) связи между сторонними воздействиями, оказываемыми на движущееся тело, и путем, пройденным ею, можем прийти к такому результату, что если будут устранены все внешние воздействия, влияющие на тело, то оно будет пребывать в состоянии непрерывного равномерного и прямолинейного движения. Г.Галилей, основываясь именно на этом положении, открыл закон инерции и ввел в физику такой идеальный объект, как инерция. Этот результат, непосредственное получение которого с помощью материального эксперимента было невозможно, был выведен посредством построенного Галилеем мысленного эксперимента [6]. Позднее И. Ньютон ввел это положение в ряд основных законов механики (1-й закон Ньютона).
В этой связи А. Эйнштейн и Л. Инфельд в книге «Эволюция физики» отмечают, что закон инерции открыть непосредственно в эксперименте было бы невозможно. Его открытие стало возможным только с помощью (посредством) мышления, связанного с наблюдением, т.е. с помощью ряда идеализаций, использованных Г.Г алилеем.
Вышеприведенный пример очень интересен с научной точки зрения для демонстрации возможностей познавательного метода идеализации. Во-первых, он наглядно показывает, что для получения правильных результатов
в науке недостаточно ссылаться только на обычный опыт. Научные знания приобретаются наряду с обычным опытом, на основе других методов и эти методы более правильно объясняют наблюдаемые факты, хотя это объяснение иногда может противоречить обычному опыту. А.Эйнштейн и Л.Инфельд в этой связи пишут: «Самым большим вкладом, внесенным Галилеем в науку, стало разрушение интуитивных (основывающихся на обычном опыте. - В.И.) взглядов и замена их новыми» [7].
Во-вторых, Галилей вообще не смог бы осуществить свой мысленный эксперимент, если бы не использовал идеальные объекты, потому что равномерное и прямолинейное движение, сыгравшее важную роль в сужениях Галилея, никоим образом невозможно реализовать в действительности: поскольку нельзя полностью пренебречь влиянием внешних сил - толкаемая вдоль дороги тележка никогда не сможет двигаться равномерно и прямолинейно. Отсюда еще раз выясняется научное значение метода идеализации.
В-третьих, в открытии и формулировании научных законов обязательно должна быть использована идеализация. Поскольку она представляет собой упрощение, огрубление действительности, то и законы, открытые с ее помощью, являются идеальными моделями законов объективной действительности. Поэтому для их применения к реальным процессам обязательно должны быть даны определенные поправки. Это же создает в науке странное положение: становится известным, что неточность, обусловленная уровнем развития измерительной техники эксперимента и наблюдений, во многих случаях не только не создает препятствий открытию законов, наоборот, становится причиной их открытия. По-видимому, известный немецкий физик Зоммерфельд был совершенно прав в своем замечании, что если в распоряжении Кеплера были бы сведения о движении планет более верные, чем приблизительные сведения, полученные Тихо де Браге, то возможно он и не смог бы сформулировать законы движения планет Солнечной системы.
Те же слова можно сказать и о законе свободного падения, открытого Галилеем. Закон (И = §Х2/2), отражающий зависимость перемещения свободно падающего тела от квадрата времени, он открыл на основе грубых измерений, основываясь на предположении, что если полностью устранить сопротивление воздуха свободно падающему телу, то оно обязательно будет падать с постоянным ускорением. Изобретение воздушного насоса подтвердило достоверность (правдивость) этого предположения, дальнейшие проверки позволили выявить зависимость ускорения свободного падения от географического пояса Земли, ее плотности и высоты над поверхностью Земли. В связи с этим были даны соответствующие поправки к математическому выражению ускорения свободного падения. Все это стало возможным на основе закона всемирного тяготения Ньютона.
Метод идеализации, не ограничиваясь только идеализацией отдельных свойств и созданием на этой основе понятий особого ряда, охватывает в то же
время открытие и формулирование законов. В их открытии эвристическую роль метода идеализации можно ясно увидеть на примере уравнений Максвелла, выражающих структуру электромагнитного поля. Английский ученый М. Фарадей точными и чувствительными опытами определил, что при всех изменениях магнитного потока, проходящего через замкнутый контур в нем возникает напряжение индукции, а изменения магнитных силовых линий в контуре можно достичь различными путями, например изменением рамки и т.п. Ввиду того, что в материальном эксперименте все эти варианты учесть невозможно, оказалось необходимым дополнить материальный эксперимент мысленным. Из приведенного же нами примера видно, что мысленный эксперимент состоит из пренебрежения формой, длиной и площадью поверхности, рамки операции сложения всех магнитных силовых линий в одной точке. В результате этих действий (операций) получаются закономерности, отражающие изменения электрических и магнитных полей в любой точке пространства и в любой момент времени.
Кроме того, в идеализации идеализируются не только отдельные свойства, но и отношения закономерности. Эго, являясь особым видом идеализации, составляет ее высшую ступень в законах, выражающихся в математической форме. В общем, и в случае выражения закона в математической форме, и в случае ее отсутствия этой он обладает определенной степенью идеализации, которая с развитием наук постепенно уменьшается. Эго поведение, характерное для объективного развития науки, можно еще более ясно увидеть из сравнения классической и квантовой механик: законы первой - более идеализированные копии (образы) действительности, чем законы второй. Причиной является то, что квантовая механика в сравнении с классической есть более точное приближение к действитель-ности. Она уже доказала, что даже ее не очень «точные законы по своей точности более безошибочны (лишены недостатков менее), чем законы классической механики» [8]. Эго показывает, что в связи с уточнением адекватной картины действительности проникновением теоретического познания в глубины структуры материи, идеализированные объекты, тоже уточняясь, исправляются. Участь понятий «абсолютное пространство» и «абсолютное время», являющихся одним из фундаментальных идеализаций классической критики, была именно такой. Согласно Ньютону, пространство и время, будучи абсолютными, не зависят от механических процессов, происходящих в материальном мире.
Понятие четырехмерного явления «пространство - время континуума», выдвинутое специальной теорией относительности А. Эйнштейна, установив начало новых взглядов на физическую картину мира, доказало, что пространство и время, являясь формами объективного существования движущейся материи, не существуют вне материи и независимо от нее [9]. На основе развития этой идеи, Эйнштейн позднее, создав общую теорию гравитации, доказал, что ее поле путем изменения метрики континуума само же в нее входит.
А. Эйнштейн и Л.Инфельд, рассматривая эволюцию важных теоретических идей в физическом познании, писали: «В физике создано понятие «поле», которое можно считать самым большим достижением со времен Ньютона, для объяснения того, что в изображении физических явлений не заряд и частицы, а именно поле в пространстве между зарядами и частицами играет важную роль» [7].
Этот пример еще раз указывает, что понятия, создаваемые путем идеализации, играя важную роль в науке, могут служить для построения научной теории, способствующей проведению рационального эксперимента. Вместе с тем следует отметить, что любая идеализация вовсе не является практической необходимостью: «идеализация только тогда целенаправленна, когда исследуемые реальные объекты чрезмерно сложны для существующих теоретических средств, в особенности, для математического анализа, чтобы было возможным, применяя эти средства относительно идеализированного состояния, построить и развить теорию для изображения при определенном условии и с определенной целью свойств и движения этих реальных объектов в рациональной форме. Последнее же, по своей значимости, обеспечивая продуктивность идеализации, отличает его от нерациональной фантазии» [1].
Явления и процессы возможно исследовать на основе идеализации по той причине, что она, упрощая объект исследования, позволяет пренебречь рядом его свойств и отношений и построить теорию, могущую объяснить закономерности, воплотившиеся в определенных областях действительности. В противном случае, т.е. в случае учета (принятия в внимание) этих свойств и отношений, построение определенной теории всегда встречается с рядом трудностей. Однако нельзя указывать, что любая идеализация односторонняя и относительная. Теории, построенные на ее основе, могут объяснить не все свойства изучаемого объекта, а только некоторые из них. И поэтому для построения теории важное значение имеет правильное проведение идеализации. Например, пренебрегая структурой элементарных частиц в квантовой механике, когда есть возможность рассматривать их как математические точки, в теории элементарных частиц такого рода идеализация не имеет эвристического значения.
Таким образом, метод идеализации для развития современной науки при осмыслении явлений действительности имеет большое эвристическое и методологическое значение. Идеальные объекты, созданные на его основе, став первым приближением к сложным процессам, являются очень рациональным шагом на пути, хотя и приблизительного отражения объективных закономерностей реального мира.
В заключение следует отметить, что идеализация используется в самых разных сферах умственной деятельности. К ней прибегают поэты и художники, поскольку в своем творчестве формируют жизненный материал сообразно
идее, изображают действительность не только по законам жизни, но и по законам красоты.
Но все же наиболее великую роль идеализация играет в научном познании и прежде всего в математическом естествознании. Именно в этой сфере легче всего (и одновременно труднее всего) использование идеализации и введение идеальных (идеализированных) объектов позволяют выйти за пределы собственно эмпирического рассмотрения и подняться на уровень теоретического познания, где естественные законы можно выразить на языке математики, и в результате осуществить целостное и связное дедуктивно-математическое построение соответствующей области знания [10].
Вследствие большой актуальности проблемы идеализации ее исследование активно продолжается. Об этом свидетельствуют, в частности, работы А.М. Ахтямова [11], Г.Д. Левина [12], B.C. Степина [13], Л.А. Микешиной [14], В.А. Лекторского [15] и др.
Литература
1. Субботин А.Л. Идеализация как средство научного познания // Логика научного познания. М., 1964. С. 369.
2. Мамедова С.Г. Роль метода идеализации в научном познании. Баку, 1985. С. 28 -41.
3. Байкова Р. Идеализация в научном познании // Диалектика как методология научного познания. Уфа, 1976. С. 76.
4. Горский Д.П. Проблемы общей методологии наук и диалектической логики. М., 1966. С. 45.
5. Голованов В.Н. Гносеологическая природа законов науки. М., 1967. С. 46.
6. Галшей Г. Беседы и математические доказательства, касающиеся двух новых отраслей науки. М.; JL, 1934. С. 283.
7. Эйнштейн А., Инфельд Л. Эволюция физики. М., 1965. С. 12.
8. ДынинД. Неизбежность странного мира. М., 1961. С. 335.
9. Ngsirov V.H., Mgmmgdov Э.В. Mixasir elm vs mskan-zaman problemi. Baki, 1980.
10. Субботин A.A. Идеализация // Новая философская энциклопедия: В 4 т. Т. II. М., 2001. С. 72.
11. Ахтямов А.М. Идеализация в естественнонаучном познании. Казань, 1988.
12. Левин Г Д. Идеализация // Вопросы философии. 1999. № 4.
13. Степин B.C. Теоретическое знание. М., 2000.
14. Микешина Л.А. Философия познания. М., 2002.
15. Лекторский В.А. Эпистемология классическая и неклассическая. М., 2001.
Бакинский государственный университет 6 марта 2003 г.
