В сознании многих людей существует весьма упрощенная картина того, как развивается наука. Эта обманчивая карикатура изображает научное открытие как следствие сопоставления ясного и четкого научного прогноза с убедительными и недвусмысленными результатами экспериментов. Таким образом, тщательное их сравнение приводит к установлению неопровержимой научной истины. На самом же деле реальность снова гораздо сложнее и гораздо интереснее.

Сложности

Следующие утверждения необходимо принять во внимание:

Между теорией и экспериментом невозможно провести четкую границу.Дело в том, что все ценные с научной точки зрения факты — это уже интерпретированные факты. Понимание того, как работает измерительный прибор, опирается на теоретические знания о его функционировании. При современном исследовании поведения субатомных частиц чисто экспериментальные данные представляют собой всего лишь вспышки света или искрение внутри сложной детекторной аппаратуры. Для того чтобы перевести эти видимые глазом явления в связный рассказ о взаимодействии микроскопических частиц, необходима уверенность в том, что мы понимаем свойства и электромагнитные взаимодействия этих частиц, о существовании которых мы можем только предполагать.

Ученые не смотрят на мир непредвзято; они наблюдают его с выбранной ими точки зрения и накладывают свои принципы интерпретации и свое собственное представление об ожидаемом ими результате на то, что они наблюдают. У ученых (теоретиков) «очки за глазами» (Рассел Хансон) . Они могут, конечно, решить, что рецепт на эти очки нужно время от времени обновлять — наука ведь изменяется, — но все же без такого вспомогательного средства интерпретации научная практика была бы невозможна. Эта проблема существует, по крайней мере, еще со времен Галилея. Его оппоненты предположили, что горы, которые Галилей, как ему казалось, увидел на Луне, были всего лишь искажением изображения в его новомодном телескопе.

Ясность экспериментальных данных снижается благодаря сложности того, что происходит на самом деле,следовательно, трудно с уверенностью сказать, действительно ли мы наблюдаем то, что мы хотели увидеть. Ученые называют это «проблемой фона». Множество эффектов (трение, чистота образца, колебания температуры, параллельно проходящие процессы и т. д.) могут влиять на чистоту эксперимента, искажая его результаты. Эти нежелательные эффекты должны быть либо устранены, либо изначально приняты во внимание. Умение их распознавать и учитывать опирается на накопленный ученым личный экспериментальный опыт и глубокое интуитивное чувствование теории. Нет и не может быть надежного руководства по предсказанию того, что может произойти во время эксперимента. Определение фоновых эффектов и расчет погрешностей требуют от экспериментатора выработки умения принимать самостоятельные решения, которое в конечном итоге опирается на субъективные ощущения, а не на объективные показатели.

Научные теории претендуют на истинность всегда и везде.Они универсальны по предположению, хотя могут базироваться только на ограниченном опыте. Каким бы обширным ни был этот опыт, он не может охватить все многообразие возможностей. Грубо говоря, любая теория всегда внутренне ограничена экспериментом. Это ограничение может привести к двум ошибкам: ложной интерполяции и ложной экстраполяции. Первая касается фактов, полученных путем поверхностного исследования. Например, точки на рисунке на первый взгляд образуют прямую, но более детальное исследование может показать, что на самом деле они соединяются волнообразной кривой. Ее примерную форму можно определить с помощью более тщательного эксперимента, но в любом случае какие–то ее участки все равно останутся неизвестными. Ко второму типу ошибок относятся случаи, когда при изменении масштаба выясняется, что характер явления неожиданно меняется. «Прямая линия» на том же рисунке может быть на самом деле очень гладкой кривой, истинная форма которой выявляется только при гораздо более крупном масштабе.

Внауке действительно время от времени случаются радикальные изменения,когда открываются принципиально новые условия для эксперимента: скажем, более высокие энергии и более низкие температуры. Два великих открытия физики XX столетия — квантовая теория и теория относительности — были сделаны именно таким образом. В первом случае было обнаружено, что, если мы переместимся с уровня повседневной действительности на атомный или еще более микроскопический уровень (10'8см и меньше), ясный и определенный мир, описываемый ньютоновской теорией, исчезает и превращается во что–то туманное и дискректное, описываемое квантовой теорией. Сходным образом, когда частицы движутся со скоростями, сравнимыми со скоростью света (3–1010см/сек), их масса уже не постоянная величина: она увеличивается с увеличением скорости.

Томас Кун построил свою философию науки на основе рассмотрения подобных коренных изменений, которые он назвал «сменой парадигмы». Слово «парадигма» здесь следует понимать как принципиальный угол зрения, с которого человек рассматривает реальность. Существует ньютоновская парадигма, в которой, к примеру, масса — это постоянная характеристика определенного количества материи, и существует эйнштейновская парадигма, в которой масса есть характеристика, зависящая от определенного состояния движения материи. Кун утверждал, в своих наиболее радикальных высказываниях, что эти две парадигмы несовместимы, что они различаются настолько, что если бы Исаак (Ньютон) и Альберт (Эйнштейн) заговорили друг с другом, ни один из них не понял бы, о чем говорит другой. Позднее это утверждение было смягчено.

Разумеется, тот факт, что подобные революционные изменения время от времени происходят, говорит о том, что наука не может претендовать на окончательную истину. Она должна быть всегда открыта для изменений в любой своей части. И все же Эйнштейн скорее изменил ньютоновскую парадигму, чем отменил ее. Мы можем воспринимать ньютоновскую классическую механику как частный случай релятивистской механики, действующий при скоростях, меньших скорости света. Различные научные теории можно сравнить с разными картами физического мира. Ни одна карта никогда не воспроизводит всего, что есть на местности. Изменение масштаба может выявить новые и неожиданные подробности. И все же разные карты одного и того же участка совместимы друг с другом, и мы всегда можем понять, как одна соотносится с другой.

Можно понять, что два человека говорят об одном и том же, не требуя при этом, чтобы оба понимали этот предмет совершенно одинаково. Когда Ньютон и Эйнштейн обращаются к понятию массы, они оба говорят об инерции, то есть о сопротивлении тела, имеющем отношение к изменению состояния движения тела. Возможно, Исааку было бы очень интересно узнать, как Альберт обнаружил, что эта величина на самом деле меняется с изменением скорости.

Наука практикуется внутри научного сообщества.Как и в отношении любого другого сообщества, это означает, что у ученых есть некое коллективное ожидание, некие общие направления мысли, которые еще более влиятельны, потому что скорее подразумеваются, чем выражаются словами. И этот общественный фактор, без сомнения, оказывает значительное влияние на научные открытия.

Позвольте мне привести пример. До 1950–х годов считалось само собой разумеющимся, что для природы «не существует левой и правой руки», иначе говоря, что нет таких процессов, которые бы шли только слева направо или только справа налево. Было, разумеется, ясно, что могут существовать вещи, например штопор, у которых строго определенное направление действия, но лишь потому, что эта вещь таким образом сконструирована, а не потому, что процесс может идти только в эту сторону. Ясно было, что легко сделать штопор, действующий справа налево. Можно было бы провести относительно простые эксперименты, чтобы проверить, действует ли это предполагаемое правило и на субатомном уровне. Никто этим не занимался, поскольку считалось, что результат будет совершенно очевидным. В 1956 году два физика, С. Н. Янг иТ. Д. Ли, представили превосходные теоретические основания для того, чтобы оспорить эту очевидность. Таким образом, застой, определяемый общим мнением, был преодолен, и вскоре выяснилось, что на субатомном уровне существуют процессы со строго определенной направленностью.

Эта история показывает, каким образом общественные факторы могут влиять на скорость научного прогресса. С другой стороны, это еще не значит, что форма научного открытия, когда оно все–таки свершается, зависит от общественного мнения, то есть, грубо говоря, не успели люди приступить к эксперименту — а результат его уже определен. С другой стороны, некоторые социологи науки утверждают прямо противоположное. Они считают, что некая незримая коллегия ученых сообща приходит к определенным умозаключениям, и это в большей степени зависит от того, каким образом это научное сообщество подсознательно решило описывать какие–то явления, чем от того, что на самом деле происходит в природе. Большинство ученых, правда, отрицают столь значительное общественное воздействие на их работу. Физический мир не кажется им настолько пластичным, чтобы его закономерности легко можно было изменять в угоду чьим–то интеллектуальным прихотям. Они считают, что, напротив, природа очень часто противоречит научным ожиданиям, и открытия, когда они случаются, зачастую бывают поразительными, даже превосходящими нашу способность их воспринять (открытие квантовой теории было одним из наиболее ярких тому примеров).

Некоторые ответы

Вышеописанные примеры показывают, что для того, чтобы понять, что такое наука и как она решает свои задачи, нужна определенная умственная изощренность. Современная философия науки пытается дать ответы на некоторые основополагающие вопросы.

Минималистская точка зрения на наукутакова: наука есть простосредство «сохранения видимости»,другими словами, есть средство описания результатов экспериментов независимо от того, имеют ли эти результаты отношение к миру «как он есть на самом деле». Эту точку зрения и высказал кардинал Беллармин в диалоге с Галилеем, и того же мнения придерживаются современные эмпиристы, например Бас ван Фраассен, который считает, что мы должны принимать науку, но не должны ей верить. Радикальный пример такого подхода демонстрируется представителями венской школы позитивизма, которые считают, что наука имеет дело всего лишь с корреляцией основных чувственных ощущений. Проблема с таким минималистским подходом состоит в том, что в рамках него не удается найти достаточную мотивацию научной работы или он просто дает неверную оценку научного опыта. Многие научные данные получаются в очень сложных искусственно создаваемых условиях. Работа по созданию таких условий, требующая огромного количества времени, способностей и денег, оказывается довольно бессмысленной, если она не изучает действительные физические реалии. Мы уже говорили, что научный поиск полон неожиданностей, поскольку физическая реальность часто противоречит нашим ожиданиям. Основное чувство, сопровождающее этот поиск, — это, так сказать, «вкус открытия».Учеными движет желание понять, а не просто установить соотношение или сделать точный прогноз. Философам, описывающим науку, можно порекомендовать сопоставить свои теории с живой научной практикой.

Многие современные философыответили бы, что наука уже потому оправданна, что позволяет нам делать определенные вещи. Для таких философов наука есть синонимпрагматизма.Технология, с их точки зрения, — не просто полезный побочный продукт научной деятельности, но ее основное достижение. Это утверждение бросает вызов тому, что мотивирует практически каждого истинного ученого, а именно желанию понять, а не просто получить определенный результат.

Такое несоответствие действительности и прагматического взгляда на науку можно проиллюстрировать следующей притчей. В бюро метеопрогнозов приносят черный ящик, к которому приложена инструкция: «Заложите в отверстие А подробное описание погоды на сегодня, потом поверните ручку и из отверстияБвы получите точное предсказание погоды, которая будет через неделю». Это кажется неправдоподобным, но метеорологи решают попробовать. И как ни странно, это всегда работает! Прагматическая задача бюро метеопрогнозов успешно выполнена, но можно с уверенностью сказать, что ученые не махнут рукой и не разойдутся по домам. Очень скоро они разберут черный ящик по кусочкам, чтобы выяснить, как он действует. Их желание не ограничивается предсказанием погоды: они хотят еепонять.

И, наконец, прагматизм не объясняет, откуда у науки берется ее удивительная способность реально влиять на физический мир. А ведь наиболее простое тому объяснение — то, что эта способность коренится в реальности научных знаний о мире.

Карл Поппербыл, прежде всего, логиком. Он отчаялся решить проблему индукции, то есть того, каким образом всеобъемлющая теория может быть выведена на основе относительно небольшого количества специальных испытаний. Конечная верификация казалась ему недостижимой с помощью ограниченного опыта. При этом он заметил, что для выявления ложности теории достаточно всего лишь одного противоречащего ей примера. Утверждение «Все лебеди белые» считалось истинным до тех пор, пока в Австралии не обнаружили черных лебедей. Таким образом, для Поппера характерная черта науки — ееопровергаемость.Он считал основным научным методом предложение смелых гипотез, которые остаются открытыми для опровержения их опытным путем. На первый взгляд, это предположение кажется заманчивым. Одного эксперимента было достаточно, чтобы опровергнуть теорию о том, что на субатомном уровне нет строго левонаправленных и правонаправленных процессов. Поппер, без сомнения, коснулся важного аспекта научной практики, но дальнейшие размышления показывают, что ему удалось увидеть его только с одной стороны.

В теории Поппера есть два серьезных недочета, и они оба становятся видны при рассмотрении действительной истории науки. Первый состоит в том, что, согласно Попперу, единственное реальное знание, которое доступно ученому, — это знание об ошибке, а не знание истины. Мы знаем, что утверждение «Все лебеди белые» ложно, но мы не знаем, что есть истина в отношении цвета лебедей. (Мы не можем логически исключить возможность появления бирюзового лебедя.) И все же, в реальности, человечество получило некоторые научные данные, которые никогда не придется подвергнуть сомнению. Например, теперь мы знаем о существовании атомов и о том, что ДНК имеет спиралевидную форму. Поппер не принимает этого во внимание. Второй недочет состоит в том, что фальсификация — не настолько объективное понятие, насколько можно было бы предположить. Это справедливо даже для теории такого низкого уровня, как теория о белизне лебедей. (Ведь та австралийская птица могла быть и длинношеей уткой.) Когда же речь идет о теориях такого высокого уровня, как, скажем, ньютоновская теория тяготения, опровержение становится гораздо более сложной задачей. Когда выяснилось, что планета Уран ведет себя не так, как она теоретически должна была бы себя вести, астрономы не отвергли закон обратного квадрата силы тяготения как дискредитировавшую себя теорию. Вместо этого они предположили, что существует еще одна планета, еще не открытая, которая нарушает орбиту Урана. Последовавшее вскоре открытие Нептуна было великолепным тому подтверждением.

ИмреЛакатошпопытался модифицировать теорию Поппера с учетом всего вышесказанного. Он ввел понятие«программа исследования».Научный поиск, согласно его точке зрения, характеризуется наличием некоего ядра, неизменной базовой теории, которая определяет этот поиск. Для ньютоновской программы исследования такой базовой теорией было бы всеобщее действие закона об обратном квадрате силы тяготения. Ядро охраняется от прямого столкновения с действительностью защитным поясом вспомогательных гипотез, которые могут изменяться для того, чтобы сохранить ядро нетронутым. Для ньютоновской программы одной из таких вспомогательных гипотез было бы количество планет Солнечной системы. Эту гипотезу можно уточнить, предположив наличие еще какой–нибудь планеты. Открытие Нептуна, таким образом, служит убедительным и ошеломляющим доказательством успеха данной программы, которая за это получает эпитет «прогрессивная». Однако может наступить время, когда продолжать сохранять старое ядро с помощью вспомогательных гипотез станет уже слишком накладно. Тогда программа перейдет в разряд «устаревших», и появится необходимость в поиске новой. Это и произошло с ньютоновской программой, когда она была заменена на эйнштейновскую, поскольку последняя оказалась способной лучше объяснить особенности поведения планеты Меркурий. Лакатош без сомнения, более убедителен в своих аргументах, чем Поппер, и все же остается открытым вопрос о том, как именно человек находит такую исследовательскую программу, которая становится новым прогрессивным шагом в науке.

Как раз этот вопрос и интересовал Мишеля Поляни,который до своего обращения к философскому поиску был выдающимся химиком. Его идеи в массе своей остаются без внимания профессиональных философов, но находят отклик у ученых, которые признают в Поляни человека, знающего проблему изнутри. Его центральный тезис — мысль о том, что, хотя наука имеет дело с объективным физическим миром, научный поиск — это деятельность субъектов. Научный метод не может быть сведен к четко сформулированному протоколу, исполнение которого можно поручить компьютеру. Напротив, он предполагает наличие неких субъективных навыков принятия самостоятельных решений (умение учитывать погрешности при эксперименте, определять, достаточно ли данных для доказательства, быть непредвзятым в выборе теории и т. д.). Эти навыки невозможно до конца объяснить словами, получить их можно только на личном опыте, став, так сказать, подмастерьем в «славной артели» ученых.

Мишель Поляни часто повторял одну фразу: «Мы знаем больше, чем мы можем рассказать». Научное открытие предполагает творческий акт человеческого воображения. Предпринимая научный поиск, ученый не просто натягивает лук и стреляет, метя в какую–то цель. Он тщательно выбирает путь, по которому поиск будет осуществляться, опираясь в этом выборе на интуицию и опыт. Огромную роль в науке играет творческая личность каждого ученого, и каждый из них предлагает свою индивидуальную лепту, испытывая, однако, необходимость быть проверенным и оцененным компетентным сообществом равных. Поляни называл свое понимание науки «личностным знанием». Он хотел дать справедливую оценку как авантюрной смелости научной мысли, так и успеху, часто сопровождающему эти авантюры.

Критический реализм

Как мы уже говорили, случающиеся время от времени радикальные изменения в базовых научных теориях означают, что наука не может претендовать на достижение абсолютной истины. Однако, как мы видели, существует некая непрерывность в понимании (которая сохраняется даже при смене парадигмы), позволяющая нам воспринимать развитие науки, как то, что имеет своим результатом все более и более полное понимание физической реальности, получение все более и более точной карты физического мира. Одним словом, наука может претендовать на правдоподобие, на все большее и большее приближение к истине о природе физических процессов. Степень этого приближения определяется полем действия и характером рассматриваемых явлений. Квантовая теория объясняет все то, что могла объяснить ньютоновская механика, и еще многое другое.

Тезис об ограничении теории экспериментом означает, что наука не может вычитывать представления прямо из природы и что для ее развития необходима творческая деятельность мыслящего ума. Неэмпирические критерии, такие, например, как экономия мышления и непредвзятость в выборе, служат важными регуляторами конкуренции гипотез, приводя на практике к признанию лишь одной из них. Удовлетворение этим критериям требует от ученого умения принимать самостоятельное решение, но выбор одной гипотезы из многих зависит не от капризов личного вкуса. Опыт показывает, что гипотезы, выбранные с учетом всех подобных критериев, оправдывают свое существование долгой практикой, их способность объяснять причины явлений идет гораздо дальше, чем могли предположить те, кто первым дал идее ход.

К примеру, физик Поль Дирак вывел уравнение, с помощью которого удалось совместить квантовую теорию и специальную теорию относительности. Немедленным, хотя и неожиданным, положительным результатом этого открытия стало обнаружение того, что интенсивность магнитного взаимодействия электронов вдвое больше, чем можно было бы по наивности предположить. Впрочем, этот эффект был уже известен и раньше, но никто не мог понять, почему это так. Несколько лет спустя дальнейшие размышления над этим уравнением привели Дирака к фундаментальному открытию существования антивещества. Такая продолжительная и не предполагаемая заранее результативность всегда доказывает, что человек находится на пути к чему–то на самом деле значительному.

Необходимость принимать самостоятельные решения, о которой говорит Поляни, — это неотъемлемая часть эксперимента. Она возникает не только при выборе основной гипотезы, но и при определении и оценке сопровождающих эксперимент фоновых эффектов и интерпретации данных.

Наконец, необходимо отметить, что такое переплетение теории и практики сообщает научному поиску определенную степень закругленности, в пределе уподобляя ее порочному кругу. Если реальность ведет себя так, как предполагает теория, тогда именно то, что предсказано теорией, и происходит в данном эксперименте, а если это происходит в эксперименте, то теория верна. Однако имеющийся налицо реальный прогресс в понимании физических процессов, отражаемый совокупным научным опытом, говорит о принципиальной преодолимости этого порочного круга.

Такое восприятие науки и ее достижений, которое описывается в данном подразделе, называетсякритическим реализмом.Это позиция реалистическая, поскольку она направлена на достижение все большей правдоподобности знаний о природе физического мира. Это позиция критического реализма, поскольку знание не может быть получено путем простого наблюдения за тем, что происходит: для этого требуется тонкость и творческий подход при интерпретации экспериментальных данных. Признание наукой важной роли интуиции в научном поиске роднит науку с другими формами познания мира. Наука, таким образом, не воспринимается как имеющая дело только с ясными и несомненными фактами, в противоположность другим формам знания, имеющим дело с туманными личными впечатлениями. Напротив, все формы человеческого знания — это личностное знание, хотя способность науки управлять объектами своего исследования и подвергать их экспериментам дает ей такой метод доказательства, который недоступен другим формам приобретения опыта (таким, например, как получение его в личном общении, — для этого требуется изначальное доверие к другому человеку).

Никто не смог бы предсказать заранее, что наука будет принципиально возможна, что ее логически безосновательная закругленность принципиально может привести к уникальному и интеллектуально удовлетворительному пониманию физического мира, такому пониманию, которое было бы адекватным в отношении природы вещей. Однако история современной науки служит тому доказательством. Критический реализм — это философская позиция, основанная на подлинном опыте научного сообщества, а не на абстрактно заявляемой необходимости того, что нечто должно происходить таким–то образом. Вот почему такая позиция принимается, сознательно или бессознательно, подавляющим большинством работающих ученых, несмотря на критику ее некоторыми из их философствующих коллег.