Вооружившись любопытством, вечным спутником человечества, мы начинаем научное исследование, и отправной точкой для нас является первичный сбор данных. Мы производим акт наблюдения, фиксируем эмпирический факт. По легенде, именно эмпирический факт – упавшее на голову Ньютона яблоко – подтолкнуло его к открытию закона всемирного тяготения. Это, по всей видимости, всего лишь легенда, но что-то из чувственного опыта всегда наводит нас на дальнейшие размышления.

Итак, эмпирический факт зафиксирован – нам на голову упало яблоко, и мы решили изучить это явление подробнее. Что делать дальше? Выдающийся математик Анри Пуанкаре писал: «Наиболее интересными являются те факты, которые могут служить свою службу многократно, которые могут повторяться». Когда ученый выводит некоторые общие законы или закономерности, формулирует некие универсальные положения для определенного класса явлений, он должен изучить множество однотипных или похожих случаев. На этом этапе исследования происходит накопление эмпирических данных. Здесь мы уже имеем дело с методом исследования – наблюдением. Фиксация эмпирических фактов уже происходит не случайно, а целенаправленно. Физик наблюдает многократно падающие яблоки и другие тела. Астроном наблюдает множество различных звезд в телескоп, фиксируя различные особенности их свечения. Микробиолог наблюдает, как размножаются бактерии в чашке Петри. В некоторых областях науки наблюдение – единственный и главный эмпирический метод исследования. К примеру, в астрономии мы можем наблюдать только естественный ход событий (солнечную активность, движение планет, светимость звезд и галактик), никак в них не вмешиваясь.

В случае с падением яблок можно потрясти яблоню самому и вызвать «яблокопад». Воспроизведение изучаемого явления в контролируемых условиях называется экспериментом. Полный контроль над проведением эксперимента, учет возможных внешних факторов, оценка погрешностей, подробное описание методики проведения – обязательные требования к любому ученому-экспериментатору. Корректно поставленный научный эксперимент должен быть воспроизводимым в любой аналогичной лаборатории. Если другие исследователи не смогут повторить наш эксперимент, – это, скорее всего, говорит либо о наших ошибках и неучтенных факторах, либо о намеренной фальсификации (такое в мире науки, к сожалению, тоже случается).

При любой возможности ученые стараются делать количественные замеры каких-либо параметров. В естественных науках с этим проблем нет – и физика, и химия, и во многих своих областях биология – количественные науки. В физике измерение вообще является основой любого эксперимента.

События, происходившие когда-то в далеком прошлом или происходящие непредсказуемым образом, равно как и события, невоспроизводимые в опыте, сильно затрудняют ученым работу. Многие вопросы, связанные с подобными явлениями, до сих пор остаются открытыми. Например, именно с этим связаны трудности в изучении феномена шаровых молний, хотя даже их устройство наука постепенно постигает.

Представляя образ ученого-экспериментатора, мы, конечно, сразу представляем и различные научные приборы. На заре развития науки единственными «приборами наблюдения» ученых были их органы чувств: глаза, уши, обоняние и осязание. Спустя многие века человечество ушло в своем познании окружающего мира столь далеко, что теперь с помощью одних глаз и ушей мало что узнаешь: требуется постоянное изобретение новых и совершенствование имеющихся научных приборов.

Научная аппаратура применяется для расширения и уточнения сенсорного восприятия человека (телескопы, микроскопы), для расширения моторных операций с окружающими предметами (микроманипуляторы, дистилляторы или инкубаторы), усиливает интеллектуальные способности в задачах обработки данных (персональные компьютеры). Современные батискафы нужны, чтобы погружаться вглубь океанов и изучать подводную фауну, современные суперкомпьютеры – для сложнейших и длительных вычислений, огромные и дорогие аэродинамические трубы – для прикладных расчетов аэродинамических свойств летательных аппаратов. Масштабное и быстрое развитие компьютерной техники, начавшееся со второй половины XX века, породило особый метод исследования – модельный эксперимент. Компьютерное моделирование применяется во многих областях науки, обычно для очень сложных явлений: моделирование климатических явлений, моделирование работы центральной нервной системы, тренажеры в авиации, конструирование транспортных средств и пр.

Современная научная аппаратура очень сложна в производстве. Познание в некоторых областях науки ушло так далеко вперед, что для строительства новых лабораторий требуются финансовые вложения нескольких стран (ускорители частиц, нейтринные детекторы, детекторы гравитационных волн, сверхмощные телескопы и суперкомпьютеры, МКС и марсоходы). Экспериментальная наука сегодня – ужасно дорогая штука.

Галилей, делая свои великие открытия, пользовался оптическим телескопом собственного изготовления. До начала XX века альтернативы оптическим телескопам не было. Современные астрономы «разглядывают» космические бездны во всех известных диапазонах электромагнитного излучения: радиоволновом, инфракрасном, видимом, ультрафиолетовом, рентгеновском и гамма-. Мы научились изучать объекты, находящиеся от нас на расстояниях в миллионы и миллиарды световых лет. Мы открываем экзопланеты. Совсем скоро телескопы настолько повысят свою чувствительность, что мы сможем узнать состав атмосферы некоторых экзопланет. По-моему, это настоящие чудеса. Вы со мной согласны?

Сканирующий микроскоп позволяет разглядеть структуру вещества вплоть до отдельных атомов. Сверхчувствительный радиотелескоп, дополненный мощными компьютерами и сложным программным обеспечением, умеет вычленить из окружающего радиошума очень слабый радиосигнал, прибывший от далеких звезд или даже, возможно, от инопланетных цивилизаций. В специальной лаборатории по взятым образцам ДНК можно определить генетическое родство двух людей. Ни один эзотерик, мистик, астролог или экстрасенс ничего подобного сделать не сможет. Астрологи гордятся древностью своего учения, каждый раз подтверждая, что их учение за тысячелетия никак не изменилось. В науке же с развитием техники постоянно совершенствуются и средства измерения. Каждое новое поколение измерительных приборов продвигает нас все дальше и дальше в познании природы.

Чью сторону выбрать: адептов древних учений, отрицающих науку и считающих, что в их архаичных книгах написана непререкаемая истина, или же сомневающихся во всем ученых и инженеров, постоянно совершенствующих способы познания мира?