Войти в систему
Войти с помощью соц. сетей:
Уже со времен Бэкона экспериментирование считается важнейшей составляющей научной деятельности, и потому исследованиям, которые не предусматривают экспериментов, довольно часто отказывают в праве вообще считаться наукой как таковой.
Эксперименты бывают четырех видов; если отталкиваться от философии Бэкона, эксперимент есть механическое, в противоположность естественному, событие, попытка «выявить суть вещей» или просто тщательнее изучить нечто в мироздании.
Причина, по которой Бэкон придавал столь немалое значение экспериментам, будет объяснена далее, а пока отмечу, что именно об экспериментах в бэконовском духе, отвечающих на вопрос «Интересно, а что случится, если?..», наверняка думал Хилэр Беллок, когда писал следующее:
Любой человек, обладающий физическим и душевным здоровьем, может ставить научные эксперименты… Каждый может попытаться выяснить посредством повторных экспериментов, что случится, если смешать вон то вещество вот с этим и в какой пропорции при таких-то и таких-то условиях. Каждый при этом может разнообразить эксперименты, как ему заблагорассудится. Тот, кому повезет открыть этим способом нечто новенькое и полезное, удостоится славы… Эта слава будет плодом достижений промышленности и стечения обстоятельств. Она никак не связана с неким особым даром.
На заре науки считалось, что истина присутствует во всем вокруг, просто подходи и извлекай; что она ждет, подобно колосьям или гроздям, чтобы ее собрали. Истина проявляла себя, только если мы наблюдали за природой широко раскрытыми глазами, с тем искренним, девственным восприятием, какое было присуще роду человеческому в блаженные дни до грехопадения, прежде чем наши органы чувств утратили ясность из-за грехов и предрассудков. Итак, истина буквально разлита повсюду, и нам нужно лишь приподнять завесу предубеждений и суеверий, нужно наблюдать, каковы вещи в своей естественности. Увы, люди могли потратить целую жизнь на наблюдение за природой – и так и не стать очевидцами событий, способных приоткрыть тайны природы, хотя было понятно, что таковые имеются. Бэкон объяснял, что не стоит полагаться на слепую удачу – на «редкостные совпадения» событий – в стремлении обрести фактическую информацию, необходимую для понимания законов мироздания; мы должны сами придумывать эти события и осуществлять их механически. Если цитировать Джона Ди, естествоиспытатель должен быть «архимастером», который продлевает опыт. Примерами экспериментов в бэконовском духе могут служить «электризация» янтаря, если его потереть, и передача магнитных свойств от руды к железным гвоздям. Ладно, мы узнали, что бывает, если очистить забродивший сок; но что будет, если очистить дистиллят повторно? Только благодаря экспериментам такого рода было возможно сложить ту величественную гору фактологических сведений, которая, согласно ошибочному канону индуктивизма (см. главу 11), и составляет наше понимание мироздания.
Не исключено, что именно одержимость экспериментами подобного рода, зачастую с субстанциями неприглядного вида и отвратительного запаха, принесла ученым сомнительную репутацию в глазах благопристойного общества.
В объяснении второго вида экспериментов я в основном следую Джозефу Гленвиллу. Данные эксперименты тоже являются механическими, но призваны продемонстрировать истинность какой-либо умозрительной идеи или воспроизвести некий «исчисленный» педагогический опыт. Если присоединить электроды к седалищному нерву лягушки, мы увидим, как дергаются лапки; если неизменно предварять кормежку собаки звоном колокольчика, этот звон сам по себе вскоре начнет вызывать слюноотделение у животного. Джозеф Гленвилл, сходно с которым мыслили многие его современники – члены Королевского общества, испытывал глубочайшее презрение к Аристотелю, чьи труды он считал «труднопреодолимым препятствием» на пути к приумножению знания: «Аристотель… не прибегал к экспериментам для подтверждения своих теорий; в его правилах было принуждать опыт к смирению и покорности ради умозрительных построений».
Не бэконовские и не аристотелевские, а именно галилеевские эксперименты ближе всего по своей сути к пониманию слова «эксперимент», привычного большинству современных ученых.
Это эксперименты критического толка, то есть такие, которые отсекают определенные возможности и тем самым либо подкрепляют нашу уверенность в своей правоте, либо заставляют вносить исправления в начальные условия.
Сам факт рождения Галилея в Пизе неизбежно привел к распространению мнения, будто свой известнейший критический опыт по свободному падению тел ученый проводил, сбрасывая ядра различного веса с тамошней падающей башни. На самом же деле он не подвергал опасности ничью жизнь.
Вследствие асимметрии доказательств, которая объясняется ниже, эксперименты достаточно часто проводятся не столько для того, чтобы доказать истинность чего-либо (это безнадежная затея), сколько для того, чтобы опровергнуть «нулевую гипотезу». Как указывает Карл Поппер, основную массу главных законов природы можно трактовать как способ предотвратить возникновение тех или иных феноменов или событий. Так, «закон биогенеза» гласит, что все живые существа всегда порождают себе подобных, и этот закон не допускает появления «спонтанного вида», «самозарождения жизни», возможность существования которого была поставлена под сомнение блестящими экспериментами Луи Пастера по бактериальному «истечению». Аналогичным образом второй закон термодинамики отрицает вероятность возникновение целого ряда явлений, которые не случались даже на заре научной деятельности, когда многое прощалось и признавалось за данность. Запреты, налагаемые вторым законом термодинамики, столь многочисленны и разнообразны, что никто уже не помышляет о возможности «спонтанного» перехода вещей из более вероятного в менее вероятное состояние. К несчастью, эти запреты охватывают, среди прочего, давние и исключительно выгодные на слух мечты человечества о создании вечного двигателя и иных самопитаемых механизмов, об использовании двадцати галлонов теплой воды на кипячение кофейника и т. д.
Шанс отвергнуть множество рассмотренных вариантов позволяет объяснить, почему большинство экспериментов ставится для опровержения нулевой гипотезы: ведь тем самым опровергается достоверность и обоснованность самой гипотезы. Тот же принцип применяется во множестве статистических тестов, и в качестве примера тут вполне подойдет случай, описанный Р. А. Фишером: любитель чая похваляется тем, что всегда способен различить, налили молоко в чашку сначала или потом; но проводится эксперимент, и становится ясно, что все предыдущие догадки обуславливались исключительно удачным стечением обстоятельств.
Хотя все перечисленное можно вывести логически, большинство ученых усваивают эту информацию чрезвычайно быстро и легко, а потому невольно складывается впечатление, будто перед нами некий инстинкт, свойственный людям с научным складом ума. Редко о какой серии экспериментов можно услышать, что она «доказывает» правильность некоей гипотезы; в конце концов, длительная история человеческих промахов и ошибок побуждает ученых говорить, что результаты экспериментов и аналитические данные «соответствуют» (или не соответствуют) гипотезам, которые подвергались экспериментальной проверке.
Не следует ставить эксперименты, не имея ясного представления о том, какую форму могут принимать их результаты. Если только гипотеза не подразумевает какого-то ограниченного числа возможных исходов, такой эксперимент не предоставит исследователю ни малейшей полезной информации. Если гипотеза выглядит тотальной, если она допускает что угодно, эксперимент не принесет нам новых знаний. «Всеохватные» гипотезы совершенно бессмысленны.
Результатом эксперимента никогда не является полная совокупность наблюдаемых явлений. Результат эксперимента – всегда расхождение между минимум двумя наборами данных. В простейшем, элементарном эксперименте два таких набора именуются соответственно «тестовым» и «контрольным» образцами. Для первого допускается воздействие какого-то внешнего фактора в рамках проверки гипотезы, для второго же – нет. Результатом эксперимента в этом случае будет расхождение в состояниях тестового и контрольного образцов. Эксперимент, выполняемый без контрольного образца, нельзя считать галилеевским, но он может быть при этом вполне бэконовским, то есть сводиться к механической попытке имитировать природу, пусть и не слишком информативной. В проведении эксперимента, который заранее обозначается как критический, чрезвычайно важны строгость условий и тщательность их соблюдения.
Увы, очень часто ученые (я тоже отношусь к их числу) прикипают, что называется, всем сердцем к своим гипотезам и не готовы от них отказываться. Такая привязанность может стоить ученому десятков лет, потраченных впустую. Следует помнить, что окончательное «да» звучит крайне редко, зато решительное «нет» слышится постоянно.
Бэконовские, аристотелевские, галилеевские – ими список разновидностей экспериментов не исчерпывается. Есть еще мысленные эксперименты, которые я называю кантианскими – в честь самого дерзкого концептуального предприятия в истории философии. Кант предположил, что вместо общепринятого мнения, будто наше чувственное восприятие определяется вещами (тем, что зримо и осязаемо), следует думать, что мир опыта регулируется нашими способностями к чувственному восприятию. «Эксперимент приносит результат, когда исследователь того желает», – проницательно замечал Кант, и эти рассуждения привели его к широко известному выводу: возможно существование априорного знания, независимого от всякого опыта; по его теории, пространство и время оба представляют собой формы чувственного восприятия и как таковые суть лишь «условия существования вещей в явлении». Не спешите отмахиваться от этих рассуждений как очередной метафизической благоглупости! Нужно вспомнить, что физиология сегодня сама становится все более кантианской. Другой знаменитый эксперимент в кантовском духе есть воспроизведение классической неэвклидовой геометрии (гиперболы, эллипсы) посредством замены аксиомы Евклида о параллельных (или ее аналогов) на некую альтернативу. Демографические и экономические прогнозы тоже являются результатами кантианского экспериментирования. «Давайте-ка прикинем, что получится, если мы посмотрим под немного иным углом…»
Это экспериментирование не подразумевает никакого оборудования – разве что порой может понадобиться компьютер.
Для естественных наук характерны эксперименты, по форме тяготеющие к бэконовским или галилеевским, и можно сказать по зрелом размышлении, что на них зиждется все естествознание. В исторических, поведенческих и прочих преимущественно наблюдательных дисциплинах исследовательская деятельность обычно завершается формулированием вывода, достоверность которого проверяется полевыми данными социологии, радиоуглеродной датировкой, ссылками на исторические документы, материальными свидетельствами – или направлением телескопа на определенный участок небосвода. Вся эта деятельность вполне галилеевская по духу, то есть представляет собой критическую оценку идей.
Вследствие галилеевских экспериментов мы избавляем себя от недостойной приверженности очевидно ошибочным воззрениям (в главе 11 обсуждается постоянное уточнение научного знания). Любой опытный ученый знает в глубине души, что правильным будет эксперимент, не просто аккуратно поставленный и безупречный по технике. Это своего рода вызов, ведь гипотеза должна выстоять под напором эмпирических данных. Следовательно, ценность эксперимента заключается прежде всего в его продуманности и в той критичности мышления, которую предусматривает его проведение.
Бывает, становится насущно необходимой мощная и дорогостоящая аппаратура, но не следует руководствоваться романтическим представлением, будто подлинный ученый в состоянии поставить эксперимент, как говорится, на коленке – с использованием струны, воска и нескольких пустых консервных банок; нет такого «ручного» способа, каким возможно было бы измерить коэффициент седиментации посредством струны и консервной банки, – если, конечно, ты не способен вертеть банку над головой со скоростью более тысячи оборотов в секунду. С другой стороны, ученым надлежит проявлять скромность в запросах на дорогостоящую и сложную технику, которая, как они считают, им нужна. Прежде чем задействовать на полную мощность оборудование и загрузить работой коллег, нужно окончательно убедиться, что этот эксперимент стоит проводить. Правильно сказано: если эксперимент вообще не стоит выполнять, значит, он закончится неудачей.
Итак, возможны эксперименты самых разных видов. То же самое относится к открытиям. Некоторые из них выглядят так, словно лишь признают или отражают конкретное состояние дел в природе; это уроки, вынесенные из непосредственного наблюдения за происходящим; они производят впечатление, если угодно, «раскопок» того, что всегда присутствовало, но раньше не замечалось. Лично я уверен, что настоящие открытия таким вот образом совершать невозможно. Думаю, Пастер и Фонтенель (см. главу 11) согласились бы с тем, что мозг ученого заранее должен настроиться на нужную волну – что, иными словами, все подобные исследования начинаются с осторожных гипотез, то есть с умозрительных ожиданий чего-то от природы, а не с пассивного признания свидетельств, получаемых в чувственном восприятии. Конечно, не исключено, что и охота за информацией поможет некоей «прото-гипотезе» обрести зримую форму. Из писем Дарвина явствует, что, мня себя «истинным бэконианцем», он добросовестно заблуждался.
Даже при столь, казалось бы, очевидном подходе, как изучение ископаемых остатков, открытия нередко оказываются результатом проверки осторожных гипотез. Иначе с какой стати мы бы стали подвергать ископаемые остатки повторным проверкам или сохранять их для последующего изучения? Но как встроить в эту схему такое открытие, как обнаружение живой «ископаемой» рыбы, целаканта Latimeria? В этом открытии наиболее поразительно следующее: большинство ископаемых остатков – скажем, двоякодышащих рыб – было обнаружено уже после того, как их живых потомков удалось опознать и описать; чрезвычайно неожиданно отыскать живое ископаемое до выявления его потомков, как случилось с латимерией. Вот почему это открытие кажется таким особенным – оно позволяет нам заглянуть хотя бы одним глазком в мир, существовавший множество миллионов лет назад.
На мой взгляд, в основе обоих подходов лежит одна и та же умственная деятельность, но будет полезно, наверное, провести здесь разграничение между синтетическими и аналитическими открытиями. Синтетическое открытие есть первая фиксация какого-то события, явления, процесса или состояния дел, прежде неизвестного или незамечаемого. Бо`льшая часть важных и влиятельных открытий в науке относятся именно к этой области. Для синтетического открытия характерно то, что его совсем не обязательно делать здесь и сейчас – более того, это открытие вообще может не состояться. Пожалуй, вот почему мы воспринимаем их с подобающим благоговением.
Мой излюбленный пример в данном случае – это открытие Фредом Гриффитом явления трансформации пневмококков, из которого родилась современная молекулярная генетика. Выяснилось, что погибшие пневмококки, которые передали часть своих качеств живым пневмококкам в ходе знаменитого эксперимента Гриффита, вовсе не должны сохраняться в целости, чтобы передача имела место. Значит, за трансформацию отвечало какое-то особое химическое соединение. А далее Эвери, Маклауд и Маккарти добились настоящего прорыва, доказав, что всему «виной» дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК). На значимости этого открытия нисколько не сказывается его «аналитичность», ибо это был подлинный триумф интуиции и экспериментальных техник.
Суть аналитических открытий также можно проиллюстрировать той цепочкой мыслей, которая привела к открытию структуры ДНК. С тех самых пор, как У. Т. Эстбери опубликовал первые рентгеновские снимки ДНК, при всей их нечеткости, было признано, что ДНК обладает кристаллической структурой – быть может, воспроизводимой или полимерной. Обнаружение этой структуры явилось следствием интеллектуального процесса, описанного в главе 11, то бишь результатом напряженного диалога между теориями и проверками. Но, разумеется, разграничение синтетического и аналитического отнюдь не категорично, ибо в открытии структуры ДНК присутствовали и синтетическая, и аналитическая составляющие (синтетической была фиксация того факта, что структура ДНК позволяет ей кодировать и передавать генетическую информацию). Возможно, это открытие было даже значимее, и тут я поддерживаю широко распространенное мнение, будто синтетические открытия – распахивающие перед нами новые миры, о которых мы и не подозревали – суть те, каковые ученым сильнее всего нравится совершать.
Но будет ошибкой уделять открытиям чрезмерное внимание. Величайшие достижения современной биологии проистекают из тщательного и непрерывного изучения характеристик единичных биологических явлений или единичных биологических «систем». Это касается и трансформации пневмококков, и синтеза белков в Escherichia coli, предъявившего нам последовательность дублирования структуры нуклеиновой кислоты в структуре белка. Это же, подозреваю, будет верно и в отношении детального «картографирования» поверхности клетки для выявления антигенов гистосовместимости. Индивидуальные открытия в этой области значат меньше, нежели глубинный анализ, который со временем позволит определить молекулярную основу видового своеобразия и поможет понять, почему некоторые клетки перемещаются туда, а не сюда, зато другие держатся вместе, а третьи «бродят» по отдельности. Глубинный анализ, схожий с процедурами в современной молекулярной биологии, рано или поздно предоставит нам молекулярные «спецификации» для синтеза фермента или целого каскада ферментов, который, например, станет уничтожать полиэтилен – и тем самым избавит нашу планету от обилия промышленных и бытовых отходов.
По всем этим причинам молодому ученому не стоит впадать в уныние, если с его именем не связано никакое открытие естественного закона, явления или заболевания. Пусть люди склонны преувеличивать важность открытий, молодой ученый не должен думать, что он заслужит высокую репутацию и солидный доход посредством простого компилирования информации – прежде всего той, в которой никто по большому счету не заинтересован. Но если он так или иначе сделает мироздание более понятным, теоретическим или экспериментальным путем, его ожидают как минимум признание и уважение коллег.
Войти с помощью соц. сетей: