теза Знайки была не просто вздорным вымыслом. Чтобы выдвинуть такую гипотезу, Знайка действительно должен был обладать некоторой наблюдательностью, способностью сравнивать различные по своему характеру явления, догадываться о том, что помимо зримых, видимых общих черт у различающихся между собой явлений могут быть другие — невидимые и незримые. Его гипотеза о «блинных кратерах» не так уж и нелепа, хотя высказана, разумеется, в очень наивной, детской форме. Ученые — астрономы, астрофизики, астрогеологи, астрогеографы и т. д. — до сих пор спорят об особенностях лунной поверхности, происхождении гор, морей и кратеров и о том, как вообще возникла Луна. Ни на один из этих вопросов нет окончательного ответа. Впрочем, следует сказать, что в науке вообще редко встречаются окончательные ответы.
Попробуем теперь разобраться, как возникают гипотезы. Самый простой способ построения гипотез опирается на эмпирические обобщения, построенные на сопоставлении и сравнении результатов наблюдения. Типичным примером подобного рода являются утверждения: «все лебеди белые», «Земля — плоская», «Луна представляет собой плоский диск», «зайцы принадлежат к отряду грызунов», «тяжелые предметы, лишенные опоры, всегда падают на Землю, причем чем тяжелее предмет, тем быстрее он падает», и т. д. На первый взгляд кажется, что нет ничего надежнее, чем обобщение, построенное на многократно повторяющихся наблюдениях, но то, что на первый взгляд кажется бесспорным, очень часто оказывается шатким и сомнительным. Когда вдруг в Австралии были обнаружены черные лебеди, первое из упомянутых выше предложений оказалось ложным; путешествие Магеллана опровергло второе; тщательное наблюдение за Луной, проведенное из разных точек земной поверхности, расчеты, опирающиеся на небесную механику, созданную Ньютоном, давно опровергли представление о дискообразном строении Луны. Опыты Галилея показали, что скорость падения тел вблизи земной поверхности не зависит от их массы и т. д.
Поэтому-то гипотезы, опирающиеся на эмпирические наблюдения, хотя и остаются до сегодняшнего дня важным инструментом научного познания, несут на себе печать ограниченности, они слишком тесно привязаны к месту и времени наблюдения, слишком обусловлены случайными, преходящими обстоятельствами.
Может быть, в таком случае нам следует отказаться от эмпирических обобщений и отдать предпочтение воображению, творческому произволу, разрешающему создавать любые, самые фантастические гипотезы?
Не следует, однако, увлекаться крайностями. Творческое воображение играет выдающуюся роль в развитии науки. Рассказывают, что, когда знаменитому немецкому математику Давиду Гильберту (1862—1943) сказали, что один из его учеников занялся поэтической деятельностью, Гильберт воскликнул: «Для математики у него не хватало воображения!»
Так это или не так, но ясно одно, что воображение необходимо даже для самой строгой и педантичной науки — математики. Существует, однако, принципиальная разница между воображением, на основе которого возникают мифы, легенды и волшебные сказки, и воображением, на основе которого выдвигаются научные гипотезы. В фундаменте даже самых фантастических и необычных на первый взгляд научных гипотез лежит точное знание объективных фактов и ранее установленных законов природы.
Древние греки создали миф о кентаврах — существах с туловищем лошади, головой и торсом человека. В русских волшебных сказках рассказывается о бабе-яге, передвигающейся в ступе или верхом на метле, о кощее, о царевне-лягушке и т. д. Легко заметить, что сами образы, предметы, из которых «склеены» эти фантастические персонажи, заимствованы из повседневной жизни. В ней вы находите и лошадей, и людей, и старух с подозрительным и зловещим взглядом, и ступку, в которой толкут зерно, и метлу, и лягушку, если вам повезет, можете встретить даже царевну. Однако в сказке эти предметы соединены между собой так, как они не могут быть соединены по законам природы, действуют и поступают они также вопреки объективным законам природы и общества.
Напротив, научные гипотезы, то есть предположения и допущения относительно возможных, еще неизвестных фактов, или формулировки, претендующие на то, чтобы стать новыми законами науки (в случае, если они получают экспериментальное подтверждение), могут казаться совершенно фантастическими как с точки зрения здравого смысла, так и ранее установленных фактов и законов.
Существует несколько взаимоисключающих гипотез о происхождении Луны.
Первая из них опирается на теорию академика О. Ю. Шмидта, согласно которой наша Солнечная система возникла из своего рода гигантского космического газо-пылевого облака. Из этого облака и образовавшихся в нем комочков межпланетного вещества, возможно, возникли и Земля и Луна.
Вторая гипотеза исходит из того, что Луна была «вырвана» из тела, пролетавшего мимо нашей планеты несколько миллиардов лет назад.
Третья, напротив, отводит роль возмутителя спокойствия Земле, которая сама, возможно, «вырвала» гигантский сгусток материи из другого космического тела и «захватила» этот сгусток на околоземную орбиту, превратив его в свой естественный спутник.
Как бы ни были удивительны и странны с первого взгляда эти гипотезы, все они не просто являются досужими догадками астрономов, но и подтверждаются знаниями законов физики, механики, химии и т. д. Каждая из этих гипотез распадается на целую серию подгипотез, отличающихся друг от друга деталями и нюансами. Но все они подтверждены более или менее точными расчетами и обосновываются теми или иными законами науки.
Чтобы окончательно выбрать подлинную гипотезу, которая сможет считаться законом развития и формирования Луны, нужно провести экспериментальную проверку каждой из них. Но всегда ли мы можем произвести необходимый для этого эксперимент? Бывают ведь случаи, когда гипотеза касается далекого и притом неповторимого прошлого, как, например, в случае с Луной, или относится к далекому будущему, сведения о котором, быть может, удастся проверить через десятки, сотни, а иногда и миллионы лет? Вот тут-то нам и понадобится еще одно новое понятие, имеющее самое прямое отношение к научнрму познанию. Это понятие «модель».
Слово «модель» происходит от французского modelle и означает «образец». Однако в современной науке первоначальный смысл этого слова изменился. Чтобы упростить нашу задачу, я познакомлю вас лишь с четырьмя основными значениями понятия «модель», наиболее распространенными и часто применяемыми в научной литературе.
1. Материальные модели. Материальными моделями являются некоторые объекты, предметы, которыми мы пользуемся при изучении других, непосредственно интересующих нас объектов и предметов. Модель, понимаемая в этом смысле, выступает как объект-заместитель интересующего нас явления или процесса. Примером материальной модели может служить макет Останкинской телевизионной башни, первоначально созданный архитекторами и конструкторами для того, чтобы проверить правильность своих расчетов и некоторые особенности будущей эксплуатации настоящей телебашни. Как правило, подобные макеты создаются при строительстве самолетов, кораблей, заводов, электростанций и многих других сооружений. Будучи гораздо меньшими по размеру, более дешевыми, более простыми, часто изготавливаемыми из других материалов, такие объекты-заместители, или модели, позволяют изучить целый ряд особенностей будущих сооружений. Полученные во время экспериментов с моделями знания затем с соответствующими поправками могут быть перенесены на объекты-оригиналы или прототипы, как иногда называют основные исследуемые учеными или инженерами явления и процессы.
2. Второй тип или класс моделей — это так называемые воображаемые модели. Ученые часто придумывают, воображают некоторые объекты в чувственной, наглядной форме, причем такой, что в ней сохранены лишь существенные и наиболее важные черты, свойства и особенности реальных объектов, учет и исследование которых необходимы для решения определенных познавательных задач. Часто в самой действительности объекты подобного рода не существуют и даже не могут по тем или иным причинам существовать. Поэтому воображаемые наглядные образы вещей, выступающие в качестве объектов-заместителей действительных явлений и процессов, не могут быть воплощены в виде макетов или технических, физических, химических или биологических явлений, относящихся к моделям первого рода. Воображаемые модели позволяют отвлечься от второстепенных особенностей действительных объектов и представить таким образом их наиболее существенные черты и особенности как бы в увеличенном виде под объективом «умственного микроскопа» ученого.
Прекрасный пример воображаемых моделей мы находим у Максвелла. Стремясь связать в рамках единой теории явления электричества и магнетизма, экспериментально обнаруженные Фарадеем и другими исследователями, Максвелл попытался представить электрический ток в виде особой, несжимаемой жидкости, текущей по проводнику так же, как обычная жидкость течет по трубке. При этом напряжение и силу электрического тока он сравнивал с давлением, которое испытывает жидкость в разных точках трубки, и количеством жидкости, проходящим через поперечное сечение трубки за единицу времени. «Электрическая» жидкость Максвелла не обладала вязкостью. Ее частицы не взаимодействовали между собой, подобно молекулам воды или другой жидкости. В этом смысле она резко отличалась от обычных жидкостей и не могла быть фактически создана даже в экспериментальных условиях.
Зачем же понадобилась такая воображаемая жидкость великому английскому физику? Дело в том, что электрическая «жидкость» Максвелла позволяла применить к изучению электрических процессов уравнение гидродинамики — раздела механики и физики, хорошо разработанного к этому времени и выраженному в развитой математической форме, что позволяло получать точные количественные характеристики изучаемых процессов и проверять их в эксперименте с большой надежностью.
Таким образом, воображаемая «жидкохггь» Максвелла была моделью реального электрического тока, разумеется, моделью приближенной, в достаточной степени условной, но все же обладающей сходством с реальным физическим явлением, по крайней мере в наиболее важных и существенных для исследования чертах. Это и позволило перенести в область электродинамики целый ряд уравнений и методов, разработанных в гидродинамике.