Недавно я слышал рассказ талантливой актрисы о человеке, который в присутствии многих зрителей подвешивал в пространстве ее сапог «силой духа», заявляя, что этой силы у него 9000 единиц, тогда как мировой рекорд составляет только 7000.
Ежедневно на головы несведущих в естественных науках людей обрушивается поток непроверенных фактов и слухов — верить в сверхъестественное стало модой и этаким признаком утонченности. Надеюсь, что эта статья поможет научиться — хотя бы отчасти — отличать разумное от неразумного, ловкий трюк от научной истины, чудо мнимое от подлинного чуда гармонии Вселенной.
Постараемся ответить на несколько вопросов:
Из чего складывается научный метод познания?
Как рождаются заблуждения? Каковы те малые ошибки в рассуждениях, которые приводят к антинаучным заключениям?
И, наконец, как отличить научную истину от заблуждения?
Черты и методы науки
Обсудим особенности научного метода познания, который зародился в начале XVII веке, с трудом освободился от догматических предрассудков и продолжает развиваться вместе с наукой.
Задачи науки лежат на границе между известным и неожиданным. Отсюда одна из главных ее черт — открытость новому, способность пересмотреть привычные представления и, если надо, отказаться от них.
Сомнение доставляет мне не меньшее наслаждение, чем знание.
Данте.
Науку образуют факты, соотношения между ними и толкование этих соотношений. Факты и соотношения надо чтить, как Уголовный кодекс. Хорошо установленные факты неизменны, соотношения только уточняются с развитием науки. Но толкования фактов и соотношений, то есть представления, основанные на сознательно упрощенной картине явления, нельзя абсолютизировать. Представления, или модели, развиваются и видоизменяются с каждым открытием.
В нобелевской речи Альбер Камю сказал, что искусство шагает по узкой тропинке меж двух бездн: с одной стороны — пустота, с другой — тенденциозность. В науке такие бездны — верхоглядство и догматизм, две грани лженауки. Верхогляды строят свои концепции, не считаясь с фактами и соотношениями, основываясь на непроверенных догадках. Догматики абсолютизируют представления сегодняшнего дня. Что опаснее — трудно сказать.
Очень часто ученые, неспособные отказаться от установившихся представлений, широко образованны в науке и даже делают хорошие работы, хотя и не выходящие за рамки общепринятого. Покуда они ограничиваются такой деятельностью, они приносят пользу. Вред начинается, когда они пытаются делать прогнозы и влияют на выбор направления поисков.
К счастью, у науки есть свойство самоочищения — обратная связь, обеспечивающая устойчивость. После нескольких неудач и догматики и верхогляды перестают влиять на развитие науки.
Двадцатый век явил удивительные примеры отказа от привычных представлений в физике: теория относительности возникла в результате пересмотра интуитивного понятия одновременности, существовавшего сотни лет. Классическая механика исходит из предположения, что явления можно описывать, задавая координаты и скорости частиц. Квантовая механика требует отказа от этого предположения.
Но не свидетельствует ли такой отказ о несостоятельности всей предшествующей науки?
...Чтобы не нарушить, не расстроить, чтобы не разрушить, а построить...
В. Высоцкий. «Песенка Алисы».
Существует заблуждение, будто ценность научного открытия измеряется тем, насколько оно ниспровергает существующую науку.
Значительность научной революции в ее созидательных, а не разрушительных возможностях, в том, какой толчок она дает развитию науки, какие новые области открывает.
Очень часто при этом основные представления предшествующей науки остаются неизменными. Бескровный переворот произошел в астрофизике после появления радиоастрономии; в теоретической физике — с открытием «графиков Фейнмана» — способа получать соотношения между физическими величинами с помощью рисунков, которые расшифровываются в конце работы.
Физика элементарных частиц категорически изменилась за последнее время без смены основных принципов физического описания.
Но даже коренная научная революция не отменяет, а только пересматривает, переосмысливает прежние соотношения и устанавливает границы их применимости. В науке существует «принцип соответствия» — новая теория должна переходить в старую в тех условиях, при которых старая была установлена.
Стабильность науки — важнейшее ее свойство, иначе приходилось бы начинать все заново после каждого открытия.
Физики отказались от представления о тепле как о жидкости — теплороде,— перетекающей от нагретого тела к холодному, после того как была установлена эквивалентность механической и тепловой энергии («механический эквивалент тепла»). Но законы теплопроводности, установленные во времена теплорода, не изменились.
В начале XX веке атомистическая теория вещества стала доказанной и общепризнанной истиной, но все соотношения «макроскопических» наук — термодинамики, гидродинамики, теории упругости — остались без изменений. Эти науки продолжали предсказывать новые явления, выяснились лишь границы их применимости.
Тогда же, в начале века, произошел переворот в наших взглядах на пространство, время и тяготение, но «наука малых скоростей» сохранилась не только в смысле «принципа соответствия» — она продолжала развиваться, и практически вся современная техника — ЭВМ, телевидение, радио, космические полеты, современная химия и биология — обходится ньютоновскими представлениями о пространстве и времени.
Хороший пример переплетения старых и новых представлений дает история эфира.
В XIX веке его наделяли сложнейшими противоречивыми свойствами для объяснения законов распространения света в пустоте и в движущихся телах. Теория относительности разрешила все противоречия эфира. Более того, исчезла необходимость в самом понятии эфира. Однако позже выяснилось, что пустота — «бывший эфир» — носитель не только электромагнитных волн; в ней происходят непрерывные колебания электромагнитного поля («кулевые колебания»), рождаются и исчезают электроны и позитроны, протоны и антипротоны и вообще все элементарные частицы. Если сталкиваются, скажем, два протона, эти мерцающие («виртуальные») частицы могут сделаться реальными — из «пустоты» рождается сноп частиц.
Пустота оказалась очень сложным физическим объектом. По существу, физики вернулись к понятию «эфир», но уже без противоречий. Старое понятие не было взято из архива — оно возникло заново в процессе развития науки. Новый эфир называют «вакуумом», или «физической пустотой».
История эфира на этом не закончилась.
Теория относительности строится на предположении, что в нашем мире не существует выделенной системы координат и поэтому не существует абсолютной скорости, мы наблюдаем только относительные движения. Но выделенная система координат появилась в нашей Вселенной с открытием реликтового излучения — это система, в которой кванты реликтового излучения распределены по скоростям сферически симметрично (как частицы газа в неподвижном ящике)*. В «новом эфире» есть абсолютная скорость, тем не менее следствия теории относительности сохраняются с колоссальной точностью в согласии с «принципом соответствия».
История эфира продолжается.
Применение квантовой механики к теории тяготения привело к важнейшему результату — кроме нулевых колебаний элементарных частиц, о которых мы только что говорили, в вакууме существуют нулевые колебания поля тяготения. Но, как следует из теории тяготения Эйнштейна, изменение гравитационного поля приводит к изменению геометрических свойств пространства. Отношение длины окружности к радиусу колеблется около значения 2π соответствующего евклидовой геометрии. Для больших радиусов эти колебания практически ненаблюдаемы, но чем меньше масштаб расстояний, тем больше амплитуда «дрожаний» геометрии вакуума.
В последнее время физики-теоретики пытаются выяснить взаимное влияние этих колебаний геометрических свойств и нулевых колебаний элементарных частиц. Эйнштейн надеялся объединить тяготение и электродинамику, а такая теория пошла бы гораздо дальше — она означала бы «великое объединение» всех известных физических взаимодействий.
Романтика и поэзия науки не в разрушении старого, а в переплетении и проникновении друг в друга новых и прежних идей. В науке, как и в искусстве, новое не отменяет красоты старого, а дополняет ее.
Итак, наука оберегает свои завоевания. Но как устанавливаются научные истины! Один из важнейших методов — проверка теоретических предсказаний опытом.
Штатские люди любят судить о предметах военных и даже фельдмаршальских, а люди с инженерным образованием судят больше о философии и политической экономии.
Ф. М. Достоевский, «Дневник писателя».
«Эксперимент есть эксперимент, даже если его поставили журналисты» — было сказано в одном из наших журналов по поводу встречи редакции с экстрасенсом, с «медиумом», как сказали бы сто лет назад, Я не встретил ни одного экспериментатора, который не захохотал бы, услышав эту фразу. Самое тонкое и сложное — постановка недвусмысленного эксперимента, и здесь необходим строжайший профессионализм.
Чтобы установить истину, нужно поставить научный эксперимент, то есть проведенный специалистами, дающий повторяемые результаты и подтвержденный независимыми опытами других исследователей. Это в равной мере относится ко всем опытным наукам — к физике, химии, астрономии, биологии, психологии... В астрономии вместо слова «эксперимент» (словарь определяет его так: проба, опыт, проверка гипотез) принято употреблять слово «наблюдение», подчеркивающее невозможность изменить ход событий по желанию экспериментатора, но суть остается — астрономический эксперимент состоит в том, что место, время и способ наблюдения отбираются так, чтобы получить ответ на поставленный вопрос. Впрочем, в наши дни с помощью спутников стали возможны астрономические эксперименты и в обычном смысле слова.
Даже в математике при поисках доказательств делают правдоподобные предположения, которые предстоит проверить, то есть ставится эксперимент.
В опытных науках процесс «доказательства» никогда не кончается, поскольку постоянно расширяются границы, в которых проверяется правильность предположения. Вот пример астрономического эксперименте. Согласно классической ньютоновской механике, планеты должны двигаться по эллипсам, причем оси эллипса неподвижны в пространстве. Это было проверено многочисленными наблюдениями траектории Меркурия. Было доказано, что предсказание теории Ньютона выполняется с колоссальной точностью: орбита Меркурия вращается крайне медленно — один оборот за три миллиона лет. Одновременно с блестящим подтверждением предсказаний классическом механики возник и новый парадокс — надо было объяснить это малое, но принципиально важное отклонение от ньютоновской теории. Объяснение появилось только после создания теории тяготения (общей теории относительности), которая позволила вычислить угловую скорость вращения орбиты, выразив ее через постоянную тяготения, массу Солнца и скорость света. Это один из удивительных примеров красоты науки — теория связала воедино такие разнородные явления, как тяготение и распространение света.
Даже в физике, химии и астрономии не всегда удается повторить условия эксперимента. Как быть с биологией или психологией, где объекты отличаются друг от друга? Можно ли и там требовать повторяемости и воспроизводимости результатов? Да, можно и нужно — без этого нет науки! Разумеется, здесь гораздо труднее поставить недвусмысленный эксперимент, но зато не требуется той неслыханной точности, которая необходима была, чтобы обнаружить астрономические отклонения от классической механики. В этих науках, по крайней мере на их современной стадии, ставятся гораздо более грубые или даже качественные вопросы.
Биологические объекты, конечно, не столь одинаковы, как молекулы, но общность биологических соотношений поразительна! Эта общность, сходство соотношений позволят установить закономерности и являются основой науки, Законы генетики были открыты Менделем на горохе и Морганом на дрозофиле, а оказались применимыми ко множеству биологических объектов.&
