Глава 7
Инструменты

У всякого ученого есть собственное представление о том, какой должна быть наука. Ощущение, какие каузальные объяснения верны, а какие – нет, настолько же глубоко, насколько его трудно выразить словами. Причем ученые не обязательно соглашаются друг с другом. Всякий, кто посылал статью в “Нейчур” или “Сайенс” (воистину у дверей этих редакций надежда умирает последней), знает, что представление рецензентов о верном каузальном объяснении иногда очень отличается от его собственного представления.

Аристотель также столкнулся с проблемой перевода наблюдений на язык причинно-следственных связей, но – столкнулся в одиночку. За спиной остались поколения, занимавшиеся умозрительными рассуждениями о причинах всего сущего, а перед ним лежал мир. Аристотель как никто видел потребность в способе соединить то и другое. И он придумал такой способ. В книге I “Истории животных” Аристотель упоминает его. Для начала, говорит он, мы должны получить факты о разных признаках животных, и только тогда мы можем работать над установлением их причин. Делая это в указанном порядке, продолжает Аристотель, мы сделаем понятными объект и цель нашего исследования.

Сейчас это кажется банальной вводной фразой. Но это не так. Аристотель имеет в виду невероятно сложное умственное построение, возведенное на фундаменте метафизики и снабженное опорами из стали формальной логики. Аристотель пишет о научном методе.

Греческое слово органон (ὄργανον) означает “орудие”, “инструмент”. Иногда так называют корпус текстов Аристотеля о логике. Название это им отлично подходит, так как эти шесть книг служат орудием добывания знаний. В одной из них, “Второй аналитике”, описан научный метод.

Аристотель отделял правила спора о мнениях от правил конструирования научного объяснения. Первые он называл диалектикой, а вторые – “демонстрацией”, “доказательством” (apodeixis). Под демонстрацией он понимал то же, что и современный ученый, говорящий: “Итак, мы показали, что А является причиной Б” (то есть ученый и его соавторы продемонстрировали, что А является необходимым и достаточным условием Б). Аристотель высоко ценил научные доказательства, считая, что они показывают истину, так как строятся на базе логических операций. Аристотель изобрел силлогистику: систему выведения умозаключений из посылок, где посылка – это утверждение, которое содержит субъект и предикат. Например: “У осьминогов (это субъект) восемь ног (а это предикат)”. При этом Аристотель заменял термины буквами (например, все А суть Б). Это позволило абстрактно оценивать утверждения, имеющие определенную форму, манипулировать ими и получать множество результатов.

Для Аристотеля научное доказательство покоится на фундаменте силлогизма. Но чтобы быть доказательством, силлогизм должен отвечать определенным требованиям. Во-первых, очевидно, что посылки должны быть истинными. Во-вторых, посылки должны быть более прямыми, эмпирически явными, чем его заключение (по крайней мере, в естественных науках). В-третьих, силлогизм должен касаться общих принципов, а не частностей. Аристотель считал, что невозможно получить научное знание об индивидуальном объекте. Высказывание, что этот осьминог имеет восемь ног, ничего нам не дает. Научное знание начинается, когда мы определили наличие восьми ног у всех осьминогов – или у всех нормальных осьминогов. И, наконец, лишь универсальные, самодостаточные и достоверные высказывания могут лечь в фундамент доказательства: “Все А суть Б. Все Б суть В. Следовательно, все А суть В”.

Подобные логические ограничения могут показаться далекими от современного научного метода, и в некотором смысле это так. Однако стремление Аристотеля построить науку на почве силлогизмов, я думаю, понятно любому современному ученому. Предполагаю, что “История животных”, будучи далекой от естественной истории или таксономии, служит поиску ассоциаций между признаками животных. Это, по сути, просеивание данных. Таким образом, силлогистика Аристотеля дает возможность закрепить ассоциации, показать, что они истинны. Истинные ассоциации, в свою очередь, требуют каузальных объяснений. Их также помогает найти силлогистика.

Можно проиллюстрировать этот метод примером из современной биологии. В заливах и эстуариях Северной Европы и Америки обитает трехиглая колюшка (Gasterosteus aculeatus). Биноминальное название можно буквально перевести как “костлявый живот с колючками”. Это уместно, поскольку у рыбы на на боку имеются костные пластинки, а на брюхе шипы, в которые превратились брюшные плавники (их кости – часть тазового пояса). Колюшки обычно живут в море, но легко приспосабливаются к новым условиям и за последние 10 тыс. лет многократно вторгались в сообщества пресноводных озер. Озерные колюшки быстро эволюционировали и потеряли кости тазового пояса и, соответственно, брюшные плавники, имеющие форму шипов. Недавно показано, что озерные колюшки несут мутацию в энхансере гена Pitx1, которой не имеют их проходные (морские) сородичи. Если об этом знал бы Аристотель, он, конечно, задумался бы о связи фактов. Но прежде постарался бы показать ее:

Правильность этого силлогизма гарантирована связью нескольких посылок: обитание в озере, отсутствие брюшных плавников и присутствие мутации энхансера гена Pitx1. Демонстративный силлогизм предполагает такую каузальную связь, которая может быть выражена в определении. Мы обычно думаем об определении как о разъяснении смысла слова – и это, собственно, номинальное определение: озерная колюшка – это колюшка, не имеющая брюшных плавников. Однако Аристотель указал бы на средний термин (часть) силлогизма (который касается мутации энхансера гена Pitx1) как на каузальную связь: “Озерная колюшка – это колюшка, не имеющая брюшных плавников из-за мутации энхансера гена Pitx1”. Это доказательство, сказал бы он; это наука. Такие доказательства являются logos – “сущностью”, “формулой” вещей. Таким образом, его научный метод заключается в способе описания сущности вещей через фундаментальную причинность, лишенную случайных, а потому науке не интересных, признаков.

Трехиглые колюшки (Gasterosteus aculeatus)

Сверху: морская (проходная) морфа из Калифорнии

Снизу: озерная (пресноводная) морфа из оз. Пакстон, Британская Колумбия

Я говорил о теории доказывания Аристотеля так, будто она одна. Он посвятил большую долю “Второй аналитики” описанному здесь методу. Однако Аристотель допускает и другие методы доказывания, хотя говорит о них неопределенно. В трактате “О частях животных” Аристотель утверждал, что в естественных науках доказательство отличается от такового в “теоретических” науках наподобие геометрии. В биологии, считал он, следует начать с конца – с телеологической цели животного, и, двигаясь к началу, дедуктивным путем установить, как части животного служат конечной цели. Если подобные доказательства видоизменить, их можно привести к силлогизмам.

Несмотря на то, что доказательство – это двигатель научного метода Аристотеля, он признает недоказуемость некоторых фундаментальных утверждений, на которых построена наука. В их числе аксиомы его собственной силлогистики и некоторые неопределяемые понятия. Так, геометрии необходимо понятие о пространстве, арифметике – определение единицы. Аксиомы и неопределяемые понятия биологии не так очевидны. Но вот апофегма, которую Аристотель часто повторяет: “Природа ничего излишнего и напрасного не делает”. Он не стремился показать, как именно можно доказать подобное, и предполагал, что истинность таких утверждений легко устанавливается путем индукции (epagōgē), но, тем не менее, рассуждал, необходимы ли они для зарождения науки.

Он совершенно прав. И в наше время есть те, кто считает науку лишь одной из систем верований. Аристотелю приходилось иметь дело с такими людьми. Некоторые, писал он, утверждают, будто научное знание невозможно, поскольку любое умозаключение должно опираться на предыдущее умозаключение, предыдущее – на то, что ему предшествовало, и так до бесконечности, и поэтому мы не можем знать ничего. Другие, продолжал он, говорят о существовании возможности доказать все, что угодно: все есть истина, следовательно – и ложь.

Аристотель признавал, что оба допущения исключают возможность науки. Не существует бесконечной череды выводов, невозможно и доказательство всего на свете, ведь все наши аргументы так или иначе начинаются с аксиом и с наблюдения. Он говорил об этом воинственно – ему приходилось так поступать. Он должен был показать оппонентам – не только Платону, но и софистам с их диалектикой, – что получение истинного знания о мире, воспринимаемом при помощи чувств, возможно. Нам остается лишь догадываться, преуспел ли он. Современная наука зависит от аксиом не меньше, чем во времена Аристотеля, и ученые по большей части оправдывают это тем, что его аксиомы работают. Но Аристотель едва ли мог доказать свою правоту так, как современные ученые, буквально щелкнув выключателем.

Силлогистика Аристотеля не лишена противоречий. Всякому студенту, изучающему естественные науки, известно, что корреляция не тождественна причинности. Потому мы ставим эксперименты. Например, чтобы статью Чаня и его соавторов приняли в журнал “Сайенс”, им пришлось показать, что мутация энхансера гена Pitx1 проявляется у колюшки в тех же случаях, что и потеря брюшных плавников. Они также экспериментально установили, что мутация энхансера гена Pitx1 приводит к потере плавников, и даже героически вывели трансгенную колюшку. Аристотель, никогда не проводивший контролируемые эксперименты, был менее осторожен. Он был готов перейти сразу к выводам, когда находил сосуществующие признаки. Вероятно, можно логически доказать, что наличие рогов, неполный комплект зубов и наличие более одного желудка являются набором сосуществующих признаков (то есть этот набор признаков имеют лишь жвачные), но действительно ли эти признаки прямо связаны, как об этом говорит Аристотель? В отсутствие других свидетельств мы склонны сомневаться.

Еще одна проблема: направление причинности. Рогатые животные имеют много желудков потому, что они не имеют полного набора зубов. Может быть. Но почему не в обратном порядке: рогатое животное имеет неполный комплект зубов потому, что у него много желудков? В случае трехиглой колюшки мы можем быть уверены в направлении причинности (переселение в озера → мутация энхансера гена Pitx1 → утрата костей тазового пояса, и соответственно, брюшных плавников, имеющих форму шипов)) потому, что две теории – эволюции путем естественного отбора и центральная догма молекулярной биологии – утверждают, что порядок должен быть именно таким. Аристотель ставит проблему во “Второй аналитике”, но не решает ее. Фактически на направление причинности в его построениях также влияли системы теоретических воззрений, не зависящих от силлогизмов, на которых строились эти причинности.

Наконец, Аристотель указывает, что все демонстративные умозаключения могут быть облечены в форму силлогизма. Некоторые – определенно. Но все? Современная наука во многом построена на математических моделях, которые рассматривают количественно оцениваемые явления и их взаимосвязи. Проверка таких моделей требует измерений и вероятностной теории вывода. Модели же Аристотеля, напротив, качественные, и, похоже, он никогда ничего не считал.

Некоторые исследователи считают, что если взять чисто научные работы Аристотеля, например “О частях животных”, откроется его научная машина в действии, что мы увидим его аксиомы и силлогизмы, сгруппированные почти как в трактате о доказательствах геометрических теорем. Однако действительность обескураживает. Трактаты Аристотеля представляют собой мешанину данных, суждений и заключений (учитывая обыкновенность ситуации в ту эпоху, возложить вину на переводчиков в этом отношении нельзя). Если копнуть достаточно глубоко, можно разглядеть у Аристотеля следы работы “машины”. Хотя в этих книгах нет чистых силлогизмов, выводы мы находим: у носящих рога животные много желудков потому, что у них нет полного набора зубов; у селахий шершавая кожа потому, что у них хрящевой скелет; у страуса пальцы, а не копыта потому, что он большой. Все это из книги “О частях животных”. Однако он не демонстрировал “кухню”. Почему?

Возможно, Аристотель считал, что этого и не требуется. Или чувствовал, что сможет сделать это лишь тогда, когда его работа будет кончена, когда он поймет причины всего. Но он этого не достиг и не записал силлогизмы. Но я полагаю, что он не выразил свои каузальные объяснения в силлогизмах потому, что не мог. В логических построениях Аристотеля предикаты обычно сосуществуют, а в реальности у описываемых животных это не обязательно выполняется. Рога, сложные желудки, парные копыта и отсутствующие зубы лишь имеют тенденцию проявляться вместе. Например, у верблюда есть все эти признаки, кроме рогов. Проблема силлогистики сходна с проблемой классификации по одному признаку: всегда найдется существо, которое испортит картину.

Проблему решает статистика. Когда мы ищем связи, мы не требуем однозначного сосуществования признаков: достаточно и того, что они коррелируют. Чань и его соавторы не заключают, что жизнь в озерах, отсутствие брюшных плавников и наличие мутации энхансера гена Pitx1 сосуществуют всегда. Они лишь показывают статистическую связь (пускай и очень сильную), допуская влияние и иных генетических факторов. Решение Аристотеля таково: большинство парнокопытных (курсив мой. – А. М. Л.) имеет рога для нападения, так же как некоторые однокопытные, а другие – и для обороны. Далее Стагирит разъясняет, почему у верблюда их нет. На самом деле, он часто заявлял, что та или иная связь верна “по большей части”.

Я думаю, “Вторая аналитика” устанавливает золотой стандарт научного знания. Здесь Аристотель описывает условия, выполнение которых позволяет утвердить достоверность причинно-следственной связи. Но естественные науки (я имею в виду то, чем занимался Аристотель: исследование окружающего мира, а не математических объектов) редко позволяют использовать негибкие доказательства. Большая часть этих отраслей построена на менее жестких типах доказывания, например на утверждении, что именно его доказательство в настоящее время наилучшее. Данные неполны, результаты спорны, причины малопонятны, логика хромает. Такие доказательства применяются сейчас, то же было верно и для Аристотеля. На самом деле его методы менее строгие (или более разумные) и во многом построены на вероятностности, а не на жесткой риторике, которую он обрисовал во “Второй аналитике”. В “Никомаховой этике” (этика тоже была наукой Аристотеля, хотя это не естественная наука) двойственность особенно заметна:

То есть: начните с некой упорядоченной информации об интересующей вас части мира, выявите задачи, которые ставит эта часть, соберите лучшие решения и определите, какие из них подходят к ситуации. Решения, которые не будут отброшены, и окажутся ответом.

Хотя выше вроде бы описывается “доказательство”, в нем предлагается несколько иная процедура, чем описанная в теории “Второй аналитики”. Это видно по использованию слова phainomena. Силлогистика требует неопровержимой истинности предпосылок аргумента. Если эти предпосылки неверны, невозможно что-либо доказать. Однако phainomena не несут в себе такой эпистемологической точности, так как, по Аристотелю, в них есть место мнениям – само собой, людей авторитетных и мудрых, – но все-таки мнениям. Мы оказываемся во владениях диалектики, которая все же не так далека от доказательства. Большая часть биологии находится внутри этой сумеречной зоны.

Это следствие спутанности мира. Однако Аристотель имел еще одну, более глубокую стратегию, чтобы справляться с недостатком обязательности сосуществования признаков. Он предполагал, что если у группы индивидов (или родов) есть некий общий признак и он выборочно связан с другими, то, возможно, существует несколько причин таких связей. Здесь следует дробить существующие классы связей и искать общую причину для каждого, продолжая разделение, пока не найдется хотя бы по одной конкретной причине объединения для каждого нового класса.

Достаточно много современных биомедицинских исследований построены именно по этой схеме. Увеальной меланомой страдает примерно один из 167 тыс. американцев. Как помочь этим людям? Поиску ответа, то есть поиску причины болезни, ее сути, посвятили свою карьеру многие ученые. Это рак, и он, скорее всего, вызывается определенной мутацией или набором мутаций. Однако существует минимум два варианта увеальной меланомы, каждый из которых имеет свою “мутационную формулу”. Опухоли второго класса имеют мутацию в гене BAP1, а опухоли первого класса ее не имеют. Это важно, так как опухоли первого класса поддаются лечению, а опухоли второго обычно злокачественны, демонстрируют агрессивный рост и почти всегда летальны. Причем даже эти два класса гетерогенны и их можно дальше разделять по наличию или отсутствию других мутаций. Поэтому онкогенетики, занимающие поиском причин, вызывающих эту болезнь, а точнее, нескольких разных болезней, забираются все глубже, продолжая подразделять классы.

С другой стороны, между Аристотелем и современным биологом есть разница. Аристотель был уверен, что можно доискаться стабильных классов, неразделимых форм с уникальной каузальной формулой. Мы тоже поражены изменчивостью природы, но успели разглядеть ее пристальнее, и нам пришлось капитулировать перед ней. С помощью технологий (секвенирование ДНК – лишь одна из новейших) мы смогли убедиться, что ни две колюшки, ни две опухоли, ни два человека, ни даже монозиготные близнецы не имеют одинаковой “формулы”. Разница в кругозоре современных ученых и Аристотеля огромна, но это почти ничего не значит. Мы все равно “закапываемся” в классы и делим их, чтобы найти “формулу всего”, как и Аристотель. И даже если в глубине души мы знаем, что причины всех причин не доискаться, по пути мы увидим много интересного.

В этом и суть. Теория доказательств Аристотеля, несмотря на ее ограниченность, представляет собой настоящий научный метод. Это часть нашей науки. Ученые могут бесконечно спорить о методологии, но они согласны со многим в этой теории. Они понимают территорию науки – понимают, что за вещи она исследует. Они принимают то, как наука разграничивает предметы исследования и задачи, как разделяет их для изучения, вместо того чтобы пытаться понять все одновременно. Они принимают обоюдные отношения между теорией и доказательством и отделяют гипотезы от фактов. Они осознают, что наука начинается с индукции, обобщения на основе наблюдений, и продолжается через дедукцию – чтобы сделать верные умозаключения из обобщений. Они знают, что научное умозаключение обязано быть логическим, и могут распознать его, если услышат. Они понимают, что одни выводы верны, а другие нет, и что важно различать их. И об этом рассказал Аристотель.