От догадки до истины. А.Б. Мигдал.

О сайте Главная Гипотезы

О научном подходе

От догадки до истины

А. Б. Мигдал. Академик

Как догадка превращается в прочно установленную научную истину? В чём разница между научной и житейской оценкой действительности? В чём особенность научного подхода к явлениям природы? Чтобы попытаться ответить на эти вопросы, нужно прежде всего понять, что затрудняет общение людей, далёких от науки, с представителями точных наук.

Трудности взаимопонимания

Попробуйте понять фразу: "Инстантон – это подбарьерный переход между вакуумами с различными топологическими зарядами". Эта фраза не выдумана – была произнесена на физическом семинаре и отражает суть дела. Очень часто научный язык усложняется без достаточных оснований, но в данном случае это неизбежно: здесь трудности не только и не столько в незнакомых терминах, сколько в новых понятиях, которые трудно объяснить неподготовленному слушателю.
Не означает ли это, что есть такие области науки, о которых невозможно рассказать "простому смертному"? Мне кажется, что разъяснить можно даже очень сложные понятия, если приложить к этому усилия такого же рода, как и те, что нужны для занятий самой наукой. Понимание, возникающее при этом у любознательного человека, не будет тем полным пониманием, которое необходимо для научной работы, но оно будет достаточным, чтобы понять суть проблемы и воссоздать картину явления.
Выделение сути полезно и для самой науки и всегда приводит к более глубокому пониманию предмета. Глубокая мысль выигрывает от упрощения. К сожалению, в науке, как и в искусстве, истинная простота даётся только мастеру. Простота требует усилий.
Однако наибольшие трудности взаимопонимания между учёным и человеком, далёким от науки, как это ни странно, возникают не при обсуждении сути явлений, а при попытке объяснить, что представляет собой научный метод подхода к явлениям природы.
Научный подход начинается с того, что устанавливаются границы области, которая включает достижения науки, не вызывающие сомнения, и границы области невозможного, то есть того, что противоречит многократному и многолетнему научному опыту. Между этими границами находится область неизученных, но возможных явлений.
Например, можно уверенно сказать, что никакое дальнейшее развитие науки не заставит нас усомниться в том, что Земля круглая, или поверить в существование вечного двигателя, то есть в возможность грубого нарушения закона сохранения энергии.
Отличие между научным и житейским подходом особенно отчётливо проявляется при проведении границ достоверного и невозможного.
Стало реальностью многое из того, что ещё недавно казалось чудом.
Разве не удивительно, сидя дома, видеть и слышать происходящее за тысячи километров? Разве не чудо, что человеку удалось посмотреть на нашу планету со стороны? Разве можно было тридцать или сорок лет тому назад предвидеть, что будут созданы машины, умещающиеся на столе или даже в кармане, которые играют в шахматы, переводят, пишут стихи, а главное – за несколько минут выполняют вычисления, для которых без ЭВМ понадобились бы усилия целого поколения?
Надо ли удивляться, что в представлении людей, далёких от науки, границы стираются и всё кажется возможным?
Естественно возникает вопрос: " А знает ли сама наука, где лежат эти границы? Не может ли произойти такая революция, которая перевернёт все наши представления?"
Из истории и логики развития науки следует, что такой переворот невозможен.
Даже ошеломляющие идеи теории относительности не были категорическим переворотом, а возникли как следствие развития науки и опирались на прочный фундамент научных завоеваний прошлого. Эти идеи коснулись сравнительно узкого круга вопросов и практически не изменили установленных прежде законов механики и электродинамики тел, движущихся с обычными скоростями. Только наши знания распространились на не изученную до того область скоростей, сравнимых со скоростью света.
До теории относительности было естественно предполагать, что законы механики и электродинамики справедливы и при скоростях больших, чем те, при которых они были экспериментально установлены. Сомнения начались лишь после того, как появились теоретические и экспериментальные доводы, противоречащие этому предположению. Таков обычный путь развития науки. Без подобных обобщений мы не могли бы наткнуться на противоречие и не могли бы установить, что скорость света играет какую-то роль в классической механике.
Мы не знаем заранее, при каком изменении экспериментальных условий перестанет подтверждаться найденный нами закон природы. Для того, чтобы обнаружить это нарушение, следует сначала предположить самое простое: закон можно распространить и за пределы тех условий, при которых он был установлен. И проверять, приводит ли это к противоречию с новыми экспериментами. Мы твёрдо знаем, что дальнейшее развитие науки не отменит установленных соотношений, а только выяснит область их применимости. Именно эта стабильность достижений науки и позволяет разграничить области достоверного и невозможного.

"Наука – это истина, помноженная на сомнение"

Однако не всегда это разграничение делалось достаточно основательно. История знает случаи, когда в оценке возможного ошибались не только люди, далёкие от науки, но и сами учёные.
В начале прошлого века Французская Академия вынесла постановление не рассматривать работы, содержащие описание камней, падающих с неба. Казалось, что все описания метеоритов – "небесных камней" – плод фантазии, поскольку камням неоткуда падать. Это очень опасный путь – отрицать и отметать всё, что не находит объяснения.
Я мог бы привести ещё много примеров того, как предвзятые мнения тормозили развитие науки. Вот некоторые из них. В 30-х годах готовился эксперимент по проверке закона сохранения зеркальной симметрии при ß-распаде. Физики-теоретики были настолько уверены, что этот закон незыблем, что высмеяли экспериментаторов, и эксперимент не был поставлен. Только в 50-х годах теоретики пришли к заключению, что этот закон может нарушаться именно при ß-распаде, и опыт подтвердил их заключение.
Один из самых выдающихся физиков XX века, Вольфганг Паули, считал непреодолимым недостатком теории электронов П. Дирака тот факт, что она предсказывала существование позитронов, которые тогда ещё не были обнаружены.
Даже великий создатель теории относительности пришёл к неправильному заключению под влиянием неправильного мнения. После того как была создана общая теория относительности и показано, что вблизи массивных тел евклидова геометрия нарушается, Эйнштейн, как хорошо известно, сделал следующий шаг, неслыханный по смелости. Он применил свою теорию тяготения к миру в целом, заменив, как это делается при изучении газа, истинное распределение масс во Вселенной на равномерное с некоторой средней плотностью материи.
Обнаружилось, что уравнения тяготения для такого мира не допускают стационарного решения. Между тем Эйнштейну хотелось получить решение, описывающее мир, замкнутый сам на себя, с независящим от времени радиусом кривизны. Для этого ему пришлось искусственно ввести дополнительное слагаемое, нарушившее красоту уравнений тяготения.
Примерно в это же время замечательный петроградский математик А.А. Фридман (1888 – 1925) исследовал возможные решения неискажённых уравнений Эйнштейна и пришёл к заключению, что Вселенная расширяется и что наряду с замкнутой моделью Вселенной может (в зависимости от средней плотности материи) существовать и открытая модель, в которой масштабы мира неограниченно возрастают. Эйнштейн сначала раскритиковал работу А.А. Фридмана, а затем полностью с ней согласился и отказался от дополнительного члена в уравнениях тяготения. Вот что написал Эйнштейн в своей второй заметке о работе Фридмана: "Моя критика, как я убедился из письма Фридмана, сообщённого мне г-ном Крутковым (профессор Ленинградского университета, член-корреспондент АН СССР Юрий Александрович Крутков. – авт.), основывалась на ошибке в вычислениях. Я считаю работы Фридмана правильными и проливающими новый свет".
Эти слова стали известны Фридману незадолго до его кончины. Решение Фридмана получило экспериментальное подтверждение в 1929 г., когда американский астроном Э. Хаббл установил, что Вселенная расширяется.
В наше время все случаи подобных ошибок тщательно анализируются, и из них делают методологические выводы. Благодаря хорошо развитым средствам связи в обсуждении спорных вопросов могут участвовать учёные всех стран. Поэтому сейчас научные заблуждения если и возникают, то живут очень недолго.

"Хочется верить, но нет оснований"

Наука не только устанавливает границы возможного, но и безжалостно отделяет догадки, пусть даже правдоподобные, от доказанных утверждений. Если бы не это оградительное правило, наука потонула бы в море суеверий и шатких предположений. Отделяя правдоподобное от доказанного, наука выясняет, какие утверждения требуют дальнейших исследований.
Предположение, что жизнь существует и в других мирах, не противоречит науке, и пришельцы из этих миров могли бы посетить Землю. Но нет никаких оснований утверждать, что они действительно здесь побывали. Так же как нет, по мнению специалистов, никаких оснований считать, что летающие тарелки представляют собой что-нибудь иное, чем явления атмосферной оптики.
Разумеется, это очень скучная должность – отрицать всё необычное. Но зато в результате такого отбора яснее выступает не мнимое, а настоящее чудо. Например, ставший сейчас широко известным "парадокс близнецов". Из теории относительности следует, что если один из близнецов отправится путешествовать на корабле, движущемся со скоростью, сравнимой со скоростью света, то, вернувшись, он окажется моложе своего брата, который не совершал путешествия. И это удивительное утверждение доказано не только теоретически, но и экспериментально. Сверхточные атомные часы, отправленные на самолёте, после возвращения показали меньшее время, чем точно такие же часы, остававшиеся на Земле. Конечно, скорость самолёта (V) много меньше скорости света, и потому запаздывание было небольшим. Оно составляет долю порядка V²/c² от времени полёта. Тем не менее это запаздывание (в пределах 10^{– 8} сек) не только было установлено, но и совпало в пределах ошибок эксперимента с предсказанием теории.
А вот ещё один пример. Всегда считалось, что морская фауна и флора существуют только на небольших глубинах, куда проникают солнечные лучи и возможен фотосинтез. Но недавно на дне океана, на глубине нескольких километров, где нет и следа солнечных лучей, были обнаружены области повышенной температуры вулканической природы, в которых, по-видимому, в результате процессов химического синтеза появились свои фауна и флора. Докладывал об этом известный океанолог. О чудовище озера Лох-Несс и снежном человеке он сказал: "Очень хочется верить, но нет оснований". Слова "нет оснований" означают, что вопрос изучался, и в результате изучения обнаружилось, что нет оснований доверять первоначальным утверждениям. Это: и есть формула научного подхода: "хочется верить", но раз "нет оснований", то надо от этой веры отказаться.

Как рождаются легенды?

В природе человека заложено стремление к таинственному и необычному – такое же, как и стремление к прекрасному. Пушкин сказал: "Тьмы низких истин нам дороже нас возвышающий обман".
Я добавлю к словам Пушкина слова Эйнштейна: "Самое прекрасное и глубокое переживание , выпадающее на долю человека, – это ощущение таинственности". По мнению Эйнштейна, ощущение таинственности лежит в основе всех наиболее глубоких тенденций в искусстве и науке. Но к сожалению, именно стремление к таинственному и есть причина многих антинаучных слухов.
Можно ли поверить в магические свойства подковы, прибитой к двери? Разумеется, сама вера в примету может так изменить поведение человека, что примета начнёт действовать. Человек, ждущий неприятностей тринадцатого числа, очень легко может оступиться именно в этот день.
Но можем ли мы, отвлекаясь от веры в примету, допустить логическую связь между подковой и нашей судьбой? Это так же бессмысленно, как пытаться установить связь между радиусами орбит планет солнечной системы и отношениями звуковых частот в музыкальных аккордах. Если бы такая связь и обнаружилась, то она была бы чисто случайной, поскольку эти явления несопоставимы – они определяются разными законами природы. Поиски подобных соотношений, к сожалению продолжающиеся и в наши дни, – это возвращение к числовой мистике, составляющей содержание книг каббалистов.
Другой пример сопоставления несопоставимых явлений, между которыми не может быть внутренней связи, – это утверждение, будто движение электронов в атоме аналогично движению планет вокруг Солнца. Поведение электронов в атоме управляется законами квантовой механики, совершенно непохожими на законы классической механики, определяющей движение планет. Электрические силы взаимодействия электронов с ядров в 10³⁹ раз сильней, чем силы тяготения, и, наконец, электроны отталкиваются друг от друга, тогда как планеты притягиваются. Таким образом, нет никакого основания искать аналогию между этими двумя явлениями. Их внешнее сходство исчерпывается тем, что сила взаимодействия между ионизированным атомом и электроном на больших расстояниях падает по тому же закону, что и сила тяготения. Заблуждение поддерживается ещё и тем, что во многих книгах, содержащих описание таблицы Менделеева, для простоты рисуют электронные орбиты вместо того, чтобы в соответствии с законами квантовой механики изображать электронные облака различной формы.
Все совпадения такого рода при проверке оказываются результатом сознательной или бессознательной подтасовки фактов. Тем не менее постоянно возникают легенды, связывающие несопоставимые явления или, в лучшем случае, связывающие их без серьёзных оснований. Легенды меняются в зависимости от времени и места. Мода на спиритические сеансы появляется и пропадает, сменяясь разговорами о бескровной хирургии, Бермудском треугольнике или летающих тарелках.
Но как отличить домыслы от действительных фактов? Ведь многое из того, что учёные отрицают, подтверждается очевидцами. Единственный убедительный способ установить истину – поставить научный эксперимент, то есть эксперимент, проведённый специалистами, дающий повторяющиеся результаты, и подтверждённый независимыми опытами других исследователей... Что же касается очевидцев, то к их показаниям нужно относиться крайне осторожно. Вспомним, что в прошлом веке, пользуясь показаниями очевидцев, можно было бы составить точные словесные портреты чертей разного ранга, которые могли бы удовлетворить самого требовательного сотрудника уголовного розыска.
Есть очень короткий рассказ: "Привидений не бывает", – сказал один. "Вы думаете?" – спросил другой и исчез". Разумеется, такое странное событие не убедит учёного, поскольку оно противоречит многократному научному опыту. Неизмеримо правдоподобнее предположить здесь обман зрения или гипноз.
Разница между научной и житейской оценкой достоверности особенно отчётливо проявляется в спорах о телепатии.
В жизни каждого из нас бывают события, которые, казалось бы, следует объяснять телепатией. Способность чувствовать настроение и даже угадывать мысли близких, бесспорно существует. И вместе с тем, по утверждениям специалистов, посвятивших себя исследованию таких явлений, пока нет научных доказательств существования телепатии.
Это означает, что, несмотря на многочисленные попытки, не было надёжных экспериментов, которые исключали бы все другие возможные объяснения и давали бы повторяющиеся результаты с убедительной статистикой.
Именно поэтому большинство учёных относятся скептически к существованию этого явления. Но здесь следует разъяснить, что же называется телепатией. Под телепатией понимают передачу мыслей с помощью каких-либо известных или пока неизвестных полей при условии, что полностью исключена возможность светового или звукового общения принимающего и передающего. Поэтому гипноз не подходит под это определение и не доказывает существования телепатии.
Существует много интереснейших и малоизученных явлений, связанных с повышенной нервной и психической чувствительностью. Если вы держите за руку или даже стоите рядом с человеком, обладающим такой повышенной чувствительностью, то вы, не отдавая себе отчёта, можете передать информацию незаметными, неконтролируемыми движениями или звуками. Вы подсознательно корректируете действия такого человека неконтролируемыми сигналами типа "да" или "нет". Это так называемые идеомоторные явления, которые легко спутать с телепатией, но которые, как и гипноз, не означают, что телепатия существует.
Одна из причин распространения веры в телепатию коренится в том, что близкие люди легко узнают мысли друг друга по едва заметным признакам, не отдавая себе отчёта в источниках догадки.
Много лет назад, когда я был моложе и легковернее, я попытался проверить, нет ли у меня способности передавать мысли. Бросая монету, я записал большое число случайно чередующихся плюсов и минусов соответственно тому, что выпадало – орёл или решка. Я посадил моего друга, не видевшего этой записи, с завязанными глазами на другом конце стола и стал "телепатировать" свой список. Глядя на плюс, я думал о чём-нибудь волнующем, а глядя на минус – представлял себе что-то нейтральное, спокойное. Второй участник должен был ставить плюс, когда почувствует мой волнение, и минус, когда ощутит моё спокойствие. Когда мы сверили оба листа, я был потрясён – расположение плюсов и минусов совпало без единой ошибки. Увидев, что я отношусь к этому слишком серьёзно, друг пожалел меня: "Когда ты думал о волнующем, ты сопел, и я ставил плюс, а когда дышал тихо, я ставил минус".
Неубедительность экспериментов такого рода состоит в том, что очень трудно исключить все простые объяснения. Циклотрон не заинтересован в том, чтобы обмануть экспериментатора, но в экспериментах по телепатии роль приборов играют люди, часто заинтересованные в обмане.
Блестящий иллюзионист начала века Гарри Гудини предлагал большую денежную награду любому медиуму, который сможет сделать что-либо такое, чего он, Гудини, повторить не сможет. Не нашлось ни одного медиума, выступавшего с демонстрацией телепатии или телекинеза в присутствии Гудини, который бы не был разоблачён. Эксперимент по проверке способностей к телепатии должен быть поставлен целым консилиумом специалистов, в нём должны участвовать иллюзионисты, физики, биологи, физиологи и психологи. И главная роль принадлежит иллюзионистам, именно они помогут исключить более простые объяснения.
Один из источников, питающих все суеверия, – катастрофическое искажение статистики: слухи об удачных случаях широко распространяются, а неудачные остаются неизвестными. Кому интересно услышать, что предсказание цыганки не сбылось? Но если хотя бы малая часть предсказаний осуществилась, то такой факт обрастает подробностями и приукрашивается.
Разумеется, эти соображения не доказывают, что телепатии нет.
Но здесь проявляется ещё одна особенность научного подхода. Подобно тому как юристы исходят из презумпции невиновности, так и наука исходит из презумпции чуда. Мы не обязаны доказывать, что нет странных или необычных явлений. Доказать нужно, что они существуют. Поэтому, пока категорически не исключены все естественные, то есть более правдоподобные объяснения, не следует принимать менее правдоподобные. Очень хорошо об этом сказал замечательный американский физик Фейнман: "На основании своих представлений об окружающем мире я считаю, что сообщения о летающих тарелках являются скорее результатом известной мне иррациональности мышления жителей нашей планеты, чем результатом рациональных усилий мыслящих существ с других планет. Первое из предложений гораздо более правдоподобно".
Задача науки – отбирать наиболее правдоподобные объяснения и придерживаться их до тех пор, пока опыт не заставит от этого отказаться. Это не означает, что следует запретить попытки обнаружить неправдоподобные явления. Фейнман говорил: "Один из верных способов остановить прогресс науки – это разрешить эксперименты лишь в тех областях, где законы уже открыты".
Я был бы очень рад, если бы серьёзные экспериментаторы непредвзято изучали явления такого рода, как телепатия. Можно сомневаться или же не верить, что они обнаружат телепатию, но несомненно, что они откроют много других интересных явлений.
Разумеется, такие экспериментаторы не должны ставить себе задачу доказать или опровергнуть существование телепатии. Задача состоит в том, чтобы всесторонне изучить все способы возможного взаимодействия между людьми, начиная с физических полей, окружающих человека. Стремление доказать или опровергнуть часто приводит к недобросовестным экспериментам. Открытие возникает как побочный продукт глубокого исследования.
В науке давно уже принято очень простое и убедительное предположение, что процессы, происходящие в живой природе, определяются в конечном счёте законами взаимодействия электронов атомов и молекул, установленными в физических экспериментах. До сих пор эта гипотеза подтверждалась. Более того, она оказалась настолько плодотворной, что привела к объяснению даже такого таинственного явления, как наследственность.
Но нам придётся от этой гипотезы отказаться, если убедительные эксперименты докажут нам, что в живой природе есть процессы, не сводящиеся к физическим законам. Например, если будет обнаружено поле, не проявляющееся в физическом эксперименте. Однако раньше, чем прийти к такому важному заключению, как существование нефизических полей, передающих информацию, следует со всей возможной убедительностью установить само явление, исключив все более простые объяснения.
Надеюсь, что эти критические рассуждения не заденут чувства тех, кому дорога поэтическая сторона легенд и поверий, и не ослабят естественного интереса к таинственному и непознанному.

Профессионалы и дилетанты

Я часто употребляю слова "по утверждениям специалистов". Это не означает, что я не составил собственного мнения. Я только подчёркиваю, что право на суждение остаётся за специалистами в данной области науки. Если вам придётся слушать рассказы о Бермудском треугольнике или о летающих тарелках, вы вправе спросить у рассказчика, кто он по специальности и почему его мнению нужно доверять больше, чем мнению океанологов или специалистов по атмосферной оптике.
Для того, чтобы составить мнение, не обязательно быть специалистом самому. Но надо иметь достаточную квалификацию, чтобы знать, чьё мнение является наиболее авторитетным.
Надеюсь, никого не надо убеждать в необходимости предельного профессионализма в науке. Впрочем, любая специальность требует профессионального подхода и профессионального обучения. Никто из нас не захочет, чтобы ему делал операцию хирург-любитель... Певец, даже с очень хорошими данными, делается певцом в результате очень длительного обучения. Без специального образования, пользуясь только здравым смыслом, нельзя анализировать произведение искусства (хотя, к сожалению, это очень часто делается). Нельзя даже сказать "плохо" или "хорошо", покуда вы не уверены, что понимаете задачи, которые ставит автор, и средства, которыми он пользуется. По поводу произведения искусства зритель или слушатель независимо от своей квалификации вправе сказать, нравится оно ему или нет. В науке даже такое утверждение требует определённого уровня знаний. Нельзя сказать: "Мне не нравится теория относительности". Для этого надо понимать хотя бы смысл утверждений этой теории.
Огорчительно, когда люди, не имеющие к науке прямого утверждения, не только берутся судить о вещах, требующих профессиональных навыков мышления, но и надеются, минуя стадию обучения, совершить переворот в науке.
Не обязательно иметь диплом об окончании университета. Профессиональные качества можно приобрести и самому; правда, судить о том, что они приобретены, должны специалисты. Без профессиональных качеств не только нельзя сделать научную работу, но без них не может возникнуть сколько-нибудь разумная идея. Научная интуиция, которая необходима для рождения идей, возникает только в результате длительной научной работы. В науке также как в цирке, сложные вещи удаются только на самом высоком профессиональном уровне.
Имеется много профессиональных приёмов, общих для всех точных наук. Есть методы, дающие возможность проверить ошибочность идеи ещё до начала работы. Существуют способы разбить трудную задачу на более лёгкие, которые сравнительно просто решать. Задача максимально упрощается. После того как решена упрощенная задача, несравненно легче решать сложную. И очень важно обсуждать работу со специалистами на всех стадиях, от первой догадки до полного завершения.
Но самое главное, без чего даже высокие профессиональные качества не приводят к успеху, – это способность радоваться и удивляться каждой, даже малой удаче, каждой разгаданной загадке и относиться к науке с тем благоговением, о котором говорит Эйнштейн: "Я довольствуюсь тем, что с изумлением строю догадки об этих тайнах и смиренно пытаюсь мысленно создать далеко не полную картину совершенной структуры всего сущего".

Дата публикации: 15 ноября 2002 года

В начало

Источник информации: «Химия и жизнь», № 12, 1979.
Электронная версия.

Главная • О сайте • Гипотезы