Анатолий Мицкевич - Что такое научный поиск

Александр Китайгородский

Алексей Тяпкин

Анатолий Мицкевич

Что такое научный поиск: «звездные часы» или «открытия в рабочем порядке»?

А. Китайгородский, профессор, доктор физико-математических наук

Если бы Нильс Бор предполагал, какие последствия вызовет его невинная шутка: «Ваша теория недостаточно безумная, чтобы быть справедливой», то он наверняка воздержался бы от этой фразы вежливости, которой он хотел смягчить свое непризнание новых идей, содержавшихся в докладе Гейзенберга.

Вот уже несколько лет, как беЗЗЗумные идеи в науке и РРРомантизм научного творчества, ниспровергающего основы, стали основными рельсами, по которым заскользили научно-популярные творения многих авторов. Впрочем, главным образом тех из них, которые имеют к науке косвенное отношение, которые работают при науке, около науки.

Я постараюсь объяснить, почему в науке нет сенсаций, нет безумных идей и нет романтики разрушения.

Прежде всего объясним, что такое научное слово, научное утверждение. Самый главный признак следующий: его можно проверить на опыте. Можно сказать, что научное утверждение есть указание на производство каких-то операций, в результате коих возникнет ощутимый результат.

Скажем, если я говорю: произведение силы тока на сопротивление равно напряжению, то в расшифрованном виде эта фраза означает следующее: «Возьмите, пожалуйста, вот этот приборчик, подсоедините к нему провода. Нет, не сюда, а, будьте добры, вот к этим клеммам. Прекрасно, теперь берите проводник, сопротивление которого вам надо измерить. Соедините последовательно (не забудьте терпеливо объяснить, что такое последовательно). Прекрасно, теперь вот этот прибор, он называется вольтметр, – присоедините проволочками сюда. Вот так, очень хорошо. А, да мы чуть не забыли источник тока (объясните, что это такое). Его надо включить таким-то образом. Ну вот так; теперь начали измерения. Ключ замкнули, прочитываем показания приборов. То, что показывает вольтметр, это напряжение, то, что показывает прибор, включенный последовательно, называется силой тока. А вот отношение напряжения к силе тока называется сопротивлением».

Теперь приготовьте тетрадь и записывайте результаты измерений. Меняйте источник тока, по-прежнему измеряйте напряжение и силу тока и каждый раз делите одну цифру на другую. Что получается? Одно и то же? Поразительный факт!!! Продолжайте менять источники тока; еще опыты, десяток, сотня, тысячи. И все время отношение напряжения к силе тока неизменно. Я надеюсь, что вы пришли в состояние романтического парения духа. Ведь мы с вами нашли замечательный закон природы. Правда, к сожалению, открытие не наше. Его давно уже сделал прекрасный физик Ом. Оказывается, любой проводник можно характеризовать определенным числом. Это число называется сопротивлением проводника. Независимо от условий прохождения тока отношение напряжения к силе тока равно сопротивлению этого проводника.

Вот это закон природы. Его можно сформулировать на любом языке, при помощи телеграфной азбуки, вообще без слов – одними жестами. Этот закон установлен сотнями, тысячами, миллионами опытов. Этот закон есть обобщение нашего знания. На этом законе держится наша жизнь, он вплелся в современную цивилизацию. Этот закон не может быть неверным. Не может быть потому, что этого не может быть.

Теперь проследим за развитием науки, касающимся закона Ома. Проводя измерения сопротивления при разных температурах, исследователь обращает внимание на то, что отношение напряжения к силе тока разное при разных температурах. Исследователь пишет об этом научную статью и сообщает научному миру: «Формулируя закон Ома, надо не забыть фразу: “при постоянной температуре”». Сопротивление не является константой проводника, а является функцией температуры.

Ни один приличный исследователь не сообщает миру, что он ниспроверг закон Ома. Никаких сенсаций и воплей по поводу того, что закон Ома неверен, не последует. Разумный исследователь не скажет, что идея о зависимости сопротивления от температуры безумна. Сам же открыватель нового отнесется с полным уважением к великолепному наблюдению своего предшественника. Он лишь укажет, какие новости появятся, если выйти за пределы тех условий, в которых был установлен закон.

Эту схему развития науки можно проследить на любом научном предмете.

Таким образом, развитие науки НИКОГДА не приводит к ниспровержению закона. Будущее может показать лишь, что надежды на универсальность закона не оправдались, и точно очертит границы применимости закона.

Допустить, что закон природы может быть опровергнут дальнейшими исследователями, так же бессмысленно, как предположить, что завтра не зайдет Солнце, что корова родит осла, что тетя Маша из седьмой квартиры может ходить по воде, что соседский попугай решает интегральные уравнения. Короче говоря, допустить такое может лишь невежда или персона, верующая в господа бога. Действительно, поскольку господь бог всемогущ, то он вполне может изредка пойти на нарушение тех законов, которые он сам и выдумал.

Из всего сказанного следует, что безумные идеи, противоречащие законам природы, просто глупые идеи. Если же новая идея не противоречит закону природы, то никто из ученых и не воспримет ее как безумную.

К любой гипотезе, высказанной для той области знания, где законы природы не установлены (например, физика элементарных частиц), или для такого сочетания условий, при которых еще доселе не производились какие бы то ни было опыты, исследователь отнесется вполне спокойно.

Законы природы незыблемы по той причине, что они являются обобщением опыта. Совершенно напрасно многие читатели, не занимающиеся наукой профессионально, полагают, что в основе науки лежат утверждения вроде «пространство абсолютно», или «электрон имеет волновую природу», или «электромагнитное поле распространяется в эфире». Ошибочно предполагая, что подобные утверждения являются законами природы, перелистывая историю науки, эти читатели приходят к заключению, что история состоит из падения и становления законов. Нет ничего более ошибочного. Утверждения, подобные приведенным выше, характеризуют языковую схему, манеру говорить, принятый способ использования слов. Эти утверждения являются «обрамлением» закона природы, которое действительно зачастую меняется, и меняется весьма фундаментально. Но закон природы остается при этом нетронутым.

Уравнения электродинамики Максвелла безупречно предсказывают электромагнитные явления, позволяют рассчитывать сложнейшие машины и эксперименты. И их пригодность, их ценность нисколько не зависит от споров об эфире.

Уравнение Шредингера – основное уравнение квантовой механики – позволяет безупречно предсказывать явления, протекающие в мире электронов. С помощью этого уравнения можно с поразительной точностью предсказать расположение линий в спектре поглощения, объяснить сверхпроводимость, найти законы, по которым нейтроны движутся в кристалле. И это можно делать с одинаковым успехом независимо от того, справедлива ли так называемая копенгагенская точка зрения на «природу» электрона или верна точка зрения небольшого числа исследователей, которые не желают принимать неопределенность траектории электрона.

Я вовсе не хочу сказать, что эволюция в научном языке, в наших представлениях о допустимой и недопустимой наглядности моделей явления – что все это не играет роли. Несомненно, играет, и немалую, хотя бы по той причине, что способствует очистке науки от мусора. Но все же надо ясно представлять себе, что в фундаменте науки лежат законы природы, являющиеся обобщением человеческого опыта. Что законы эти должны быть сформулированы так, чтобы их можно было бы проверить на опыте и чтобы с их помощью можно было предсказать еще не наблюдавшиеся явления. Последнее является главным содержанием и целью науки. Умение предсказывать есть овладение природой, умение предсказывать и означает совершенное понимание и познание.

Я получаю на рецензию статью или письмо от товарища, который хочет порадовать мир откровениями, или слышу рассказ о потрясающих открытиях. Каковы условия, чтобы я отнесся со вниманием к сказанным или написанным словам и фразам? Два условия должны быть выполнены непременно. Во-первых, высказанные в работе или письме идеи не должны противоречить известным законам природы, и, во-вторых, они могут быть проверены на опыте.

Если эти условия не выполнены, то слова и фразы для науки интереса не представляют и могут лишь фигурировать как предмет невинной болтовни для развлечения гостей.

Новые идеи, удовлетворяющие поставленным требованиям, могут возникнуть далеко не во всех областях науки. Дело в том, что основные законы природы, касающиеся мира атомов и электронов, известны, и в этой области, представляющей основной интерес, во всяком случае для житейской практики, новых идей, касающихся фундамента знания, уже не возникнет. Действительно, законы квантовой механики и статистической физики в принципе описывают любые физические, химические и биологические явления, протекающие при обычных температурах и давлениях в условиях Земли. Поэтому нет места гипотезам о каких-либо неизвестных науке «новых силах», действующих между электронами и атомами, или о неоткрытом до сих пор излучении, свойственном какой-либо системе атомов. Такого не может быть, потому что не может быть.