Теория дифракционных решеток намного проще теории призм. Из основного физического предположения о свете, гласящего всего лишь, что свет имеет волновую природу, можно, измерив число эквидистантных бороздок решетки, приходящихся на один дюйм (которое обычно составляет много тысяч) точно определить угол отклонения заданной длины волны и, следовательно, обратно, можно определить длину волны исходя из «постоянной решетки» и угла отклонения. В некоторых случаях (особенно в эффектах Зеемана и Штарка) отдельные спектральные линии поляризованы. Для завершения физического описания в этом отношении, когда человеческий глаз совершенно нечувствителен, до разложения луча на его пути устанавливается поляризатор (призма Николя); при медленном вращении николя вокруг своей оси некоторые линии пропадают или ослабляются до минимальной яркости, при этом ориентация николя показывает направление (ортогональное лучу) их полной или частичной поляризации.

Когда этот опыт освоен, его можно расширить далеко за пределы видимого диапазона. Спектральные линии светящихся паров ни в коем случае не ограничены видимой областью, которая с физической точки зрения ничем не отличается. Эти линии образуют длинные, теоретически бесконечные ряды. Длины волн каждого ряда связаны сравнительно простым математическим законом, свойственным этому ряду, который выполняется для всего ряда без каких-либо отличий для той его части, которая по воле случая попала в видимую область. Эти законы сначала были обнаружены эмпирическим путем, сейчас у них уже имеется теоретическая база. Естественно, за пределами видимого диапазона глаз должна заменить фотопластинка. Длины волн определяются из чистого измерения длин: сначала, раз и навсегда, измеряется постоянная решетки, то есть расстояние между соседними бороздками (величина, обратная числу бороздок на единицу длины), затем измеряются положения линий на фотопластинке, откуда, зная размеры аппарата, можно вычислить углы отклонения.

Все эти вещи хорошо известны, но я бы хотел подчеркнуть два важных момента, имеющих отношение к практически любому физическому измерению.

То состояние дел, которое с некоторой степенью детализации было рассмотрено здесь, часто описывается таким образом: по мере совершенствования методов измерений наблюдатель постепенно заменяется все более и более совершенной техникой. Что касается рассматриваемого случая, это не так; наблюдатель не постепенно заменяется, а находится в таком положении с самого начала. Я пытался объяснить, что красочные впечатления наблюдателя об этом феномене не удостаивают его ни малейшего намека на физическую природу последнего. Необходимо иметь устройства для разлиновки решетки и измерения длин и углов – иметь их еще до того, как будет получено грубое качественное представление о том, что мы называем объективной физической природой света и его физических компонентов. И это уместный шаг. То, что устройство впоследствии постепенно модернизируется, оставаясь в сущности тем же самым, с гносеологической точки зрения неважно, какими бы серьезными эти улучшения ни были.

Второй момент заключается в том, что наблюдатель никогда полностью не заменяется приборами; потому что если бы это было так, он бы, очевидно, не получил никаких знаний. Он должен был сконструировать прибор и, в процессе конструирования или позже, тщательно снять его размеры и проверить движущиеся части (скажем, опорный рычаг, вращающийся вокруг конического пальца и скользящий вдоль круговой шкалы углов), чтобы удостовериться, что движение именно то, какое должно быть. Действительно, при проведении некоторых измерений и проверок подобного типа физик будет зависеть от завода, изготовившего и доставившего прибор; тем не менее, вся эта информация возвращается в итоге к чувственному восприятию некоторых живых персон, хотя для облегчения труда можно воспользоваться множеством оригинальных устройств. В конце концов наблюдатель должен, используя прибор для своих исследований, снять показания, будь это непосредственно считываемые значения углов или расстояний, измеряемых под микроскопом, или расстояния между спектральными линиями на фотопластинке. Для облегчения этой работы можно использовать множество вспомогательных устройств, например, фотометрическую запись прозрачности фотопластинки, которая позволяет получить увеличенную диаграмму, с которой легко считываются положения линий. Но их необходимо считать! Ощущения наблюдателя должны, наконец, выйти на сцену. Чрезвычайно тщательно сделанная, однако не исследованная, запись не говорит ни о чем.

Итак, мы возвращаемся к этому странному положению дел. В то время как прямое чувственное восприятие феномена ничего не говорит о его физической природе (или о том, что мы обычно так называем), и, как источник информации, должно быть отметено с самого начала, теоретическая картина, которую мы получаем, в конечном счете всецело базируется на сложном массиве информации, полученной путем непосредственного чувственного восприятия. Она базируется на нем, она составлена из него, но при этом нельзя сказать, что она его содержит. При использовании картины об этом обычно забывают, кроме того, когда, вообще говоря, нам известно, что идея волны света не является случайным изобретением (вроде изобретения кривошипа), а основана на опыте.

Я был удивлен, когда открыл для себя, что все это ясно понимал великий Демокрит в пятом веке до н.э., который ничего не знал о каких-либо устройствах для физических измерений, хотя бы отдаленно напоминающих те, о которых я рассказывал (и которые в наше время являются простейшими).

Гален сохранил для нас фрагмент (Дильс, фр. 125)[32], в котором Демокрит представляет интеллект ( ’ ), рассуждающий с чувствами ( ’ ) о том, что «реально». Интеллект говорит: «С виду существуют цвет, сладость, горечь, фактически же – только атомы и пустота», на что чувства отвечают: «Бедный интеллект, ты надеешься покорить нас, в то время как именно от нас ты получаешь сведения? Твоя победа – это твое поражение.»

В этой главе я попытался на простых примерах, взятых из скромнейшей из наук, физики, противопоставить два общих факта: (а) что все научное знание основано на чувственном восприятии, и (б) что, тем не менее, у полученных таким образом научных представлений о естественных процессах отсутствуют все чувственные качества и потому научные представления не могут отражать их. Разрешите подвести черту заключением общего характера.

Научные теории служат для ускорения обзора наблюдений и экспериментальных результатов. Каждый ученый знает, как тяжело удерживать в памяти сравнительно большую группу фактов, когда еще не вырисовывается даже примитивной теоретической картины. Поэтому неудивительно, и уж точно не следует вменять в вину авторам оригинальных работ и учебников то, что по завершении формирования разумно когерентной теории описываются уже не голые факты, которые они обнаружили или стремятся передать читателю, а облаченные в терминологию той самой теории теорий. Эта процедура, будучи весьма полезной для запоминания фактов в определенном порядке, стремится стереть различия между фактическими наблюдениями и построенной на их базе теорией. И поскольку первые всегда несут на себе отпечаток чувственных качеств, легко посчитать, что и теории тоже, что, конечно же, не соответствует действительности.