О научных открытиях

О научных открытиях

Существует красивая легенда: Аристотель, мол, не смог открыть причину морских приливов и в отчаянии кончил жизнь самоубийством. Похожие мотивы вынудили Эмпедокла кинуться в жерло вулкана. Суть этих легенд в одном – свершения в науке доступны не просто гениям, но гениям-подвижникам, преданным до конца научной Истине. Они ради Истины жертвуют и жизненными благами, и даже самой жизнью.

Складывается жизнь у разных ученых, конечно, неодинаково. Одни отстаивают Истину на костре инквизиции (Джордано Бруно); другие в своем доме имеют несколько кабинетов для научных занятий и, работая поочередно в каждом из них, обогащают науку новыми открытиями (Жорж Кювье); третьи, став гордостью нации, удостаиваются чести положить голову на плаху, когда народ берет власть в свои руки и заявляет устами своих вождей, что революция не нуждается в ученых (Антуан Лавуазье, Николай Вавилов и многие, многие другие).

Все, что мы знаем сегодня об устройстве окружающего нас мира, когда-то кем-то было открыто. Были открыты отдельные объекты макро- и микромира, были объяснены явления природы, были открыты, наконец, законы, управляющие материей. Все это мы прекрасно знаем еще со школьной скамьи.

Мы знаем, что наш великий ученый Дмитрий Иванович Менделеев (1834-1907) в 1869 г. обосновал периодический закон химических элементов, а в 1875 г. на его основе француз Лекок де Буободран (1838-1912) открыл предсказанный Менделеевым экаалюминий и назвал его галлием. Через 6 лет, в 1881 г., швед Ларс Нильсон (1840-1899) открыл скандий, также предсказанный Менделеевым как экабор; в 1886 г. немец Клеменс Винклер (1838-1904) открыл германий – «экасилиций», по Менделееву.

Еще в XVII веке Иоганн Кеплер (1571-1630) установил законы движения планет, а через два столетия Урбен Жан Жозеф Леверье (1811-1877), анализируя аномалии движения планеты Уран, как принято в таких случаях говорить, «на кончике математического пера» открыл новую планету Нептун.

Перечень подобных открытий можно продолжать и продолжать. Но это слишком уведет нас в сторону. Однако об одном неожиданном свойстве научного творчества все же сказать следует.

Ясно, конечно, что ученый садится за стол или встает к прибору не затем, чтобы сделать открытие. Он работает. Открытия же зачастую случаются совсем неожиданно, когда ученый и не ждет ничего такого. Не ясно? Попробуем проиллюстрировать эту мысль.

Кеплер пытался найти общий подход к вычислению объема пивных бочек. Такой подход он нашел, но как бы между прочим родились при этом и основы теории бесконечно малых. В XVIII веке Даниил Бернулли (1700-1782) размышлял над математическим обоснованием игр в карты и кости. Обоснование это изучается до сих пор как начала теории вероятностей. В конце XIX века Софья Ковалевская (1850-1891) составляла уравнения, описывающие вращение детского волчка, а создала не устаревшую до сего дня теорию вращения твердого тела. Георг Кантор (1845-1918), восхищаясь гармонией Святой Троицы, на бумагу занес основы теории множеств. И так далее…

Сделаем попытку обобщить сказанное. Не будем давать никакого определения, но все же попробуем просто понять – чт? такое открытие в науке. Я думаю, мы не очень сильно ошибемся, если скажем, что открытием можно считать установление нового, ранее неизвестного науке явления. Открытие, разумеется, как говорят математики, доставляет ученым новое знание о Природе.

Что это за знание, как его классифицировать, какие преобразования и трансформацию старого оно влечет, – все это вопросы особого свойства. Они интересны, спору нет. Но более – для науковедов. Мы же, как требует того избранный нами жанр, просто поясним свою мысль.

На самом деле, в одних случаях новое знание доставляют просто новые факты. Эта ситуация наиболее типична для геологии. В других случаях новое рождается как некое эмпирическое обобщение из ранее известных фактов (концепция биосферы Вернадского); в третьих – новым будет только более высокая ступень абстрагирования – самостоятельная теория (теория платформ).

А можно сказать и иначе, более кратко. Часто открытие – это конечный результат деятельности. Но не менее часто – это процесс.

Если мы не будем спорить с тем, что открытие – это и новое явление природы, и новая ступень обобщения известных фактов, и даже новые мировоззренческие (методологические) принципы изучения Природы, то следуя дальше, должны признать, что наука – это не просто кладовая знаний, наука – это, конечно, системное знание. У каждой науки существуют свои, только ей свойственные преобразователи новых фактов и нового знания, укладывающие их в русло данной науки.

Если какое-либо открытие – это заурядный факт (таких большинство), то он просто ложится на дно науки и делает его менее вязким; бывают и такие, которые размывают берега; случаются (но крайне редко) открытия, дающие новые протоки (так рождаются сопредельные науки). Чем наука совершеннее, чем она более развита, тем ее преобразователи действуют жестче. Так, в математике достаточно одного опровергающего примера, чтобы теория перестала существовать. В геологии же такое невозможно в принципе. Почему? Скоро станет понятно.

Итак, мера системности знания зависит от теоретического совершенства науки. Чтобы напустить еще больше тумана, можно, используя известный журналистский прием, с пафосом вопросить:

– И все же, «теоретическое совершенство или совершенство теории»?

Вопрос на самом деле ясен: у науки теоретическая компонента не может быть развитой, если в арсенал науки не включены самостоятельные теории. А вот как они строятся, как соотносятся с фактами, – вопрос отдельный. И чем менее совершенна (в теоретическом отношении) наука, тем более сложными, запутанными являются ее отношения с теоретическим знанием.

Попробуем, к примеру, связать воедино некоторые сентенции выдающихся естествоиспытателей прошлого.

«Факты без теории – не наука», – заявлял химик Александр Михайлович Бутлеров (1828-1886). «Разумеется, – как бы вел с ним диалог через десятилетия физиолог Иван Петрович Павлов (1849-1936). – Но если нет в голове идей, то не увидишь и фактов». Справедливо? Разумеется. Но только от справедливости этой практически никакого проку, ибо в условиях замкнутого круга, в который мы попали не без помощи ценных указаний ученых, бесполезно доискиваться, чт? непременно первично – факты для теории или идея для фактов. Такого рода дискуссии изначально обречены. Мы ими заниматься не будем.

Более разумно признать, что в каждый период развития науки (и геологии, в частности) необходимы теории, синтезирующие отдельные факты, дающие им удовлетворительное истолкование и определяющие перспективы дальнейшего прогресса теории. Однако существует и предел совершенствования любой теории. Неизбежно наступает момент, когда на смену ей появляется новая теоретическая конструкция, а старая становится достоянием историков. Это нормальный ход науки. Другого, как говорится, не дано.

При этом, анализируя становление науки в исторической ретроспективе, не только можно, но и необходимо критически оценивать бывшие некогда на вооружении (никак, извините, не избавится от подобных милитаристских словосочетаний) теории, ибо в противном случае будет не ясна причина их последующей отбраковки. Но никогда не следует принижать значение творцов этих теорий. Величие ученых определяется уже тем, что на каком-то историческом этапе именно их теории определяли стержень развития науки и именно эти теории, а благодаря им и их авторы навечно забронировали себе подобающее место в истории знаний.

Никто, думаю, не будет оспаривать величие Птолемея, геоцентрическая теория которого просуществовала более 1000 лет и затем была оставлена наукой, как ложная. А вот «величие» Трофима Денисовича Лысенко (1898-1976) в эту схему, к счастью, не вписывается, поскольку его теоретические изыски, хотя и были признаны на некоторое время истинными, но эта «истинность» была скорее приказной. Это был дурно пахнущий фиговый листок, прикрывавший беспомощные потуги авторитарного политиканства. И такое случается в истории науки.

История научных открытий всегда драматична и эмоциональна. Она неизбежно, как говорил известный историк науки Борис Григорьевич Кузнецов, включает память об ушедших мыслителях.

И все же надо вернуться к уже затронутому вопросу о способах установления истинности теории. Ясно ведь, что далеко не каждая из них получает права гражданства даже на момент создания. И хотя здесь случаются, как говорят математики, ошибки второго рода, когда коллеги отвергают истинную теорию в угоду ложной, но нас в данном случае интересует сама схема принятия решения.

Чем руководствуются ученые? Ведь «сомневаться во всем, верить всему – писал великий французский математик Анри Пуанкаре – два решения, одинаково удобные: и то и другое избавляет… от необходимости размышлять».

Выделим два подхода к оценке достоинств предлагаемой теории. Первый нацелен на ее подтверждение фактами (верификация теории, от латинского слова verificatio, что означает удостоверение в подлинности), второй – на ее опровержение теми же фактами (фальсификация теории). Первый путь (его еще называют индуктивным) наиболее популярен среди наименее развитых в теоретическом отношении наук. Геология, к сожалению, в их числе. Разработана даже методологическая база такой оценки. Ее называют «принципом эмпирической непротиворечивости». Согласно этому принципу теорию надо признавать до тех пор, пока ей не противоречит ни один из известных фактов. Чувствуете шаткость позиции? Раз «не противоречит», значит, казалось бы, надо знать и меру этой непротиворечивости, да и правила соотнесения теории и фактов, т.е. по возможности независимые от теории принципы их интерпретации. Но всего этого, разумеется, нет, ибо в противном случае у нас не было бы оснований так унижать геологию, считая ее в теоретическом отношении наукой слаборазвитой.

Геологи всегда шли в разработке собственных теорий «от фактов», хотя, как считают некоторые (Александр Александрович Любищев, например), не из фактов, как из кирпичиков, складывается теория, а только на основе теории факты укладываются в определенную систему.

Допустим. Но откуда тогда берется эта мифическая теория, как она строится, если факты для нее вторичны? Пусть над этими вопросами ломают головы методологи.

Крайняя неразвитость в теоретическом отношении геологической науки приводит к тому, что ученые начинают бояться любых теоретических построений, они перестают «измышлять гипотезы» и фокусируют свою мысль на обдумывании исходных фактов, ни на шаг не отступая в сторону.

В повседневности мы привыкли слышать расхожее: в споре рождается истина (замечу в скобках, повторяя мысль одного остряка, что чаще все же рождаются плохие отношения). Некоторые ученые полагают, что истина – это как бы центр тяжести крайностей, т.е. нескольких противоречащих друг другу гипотез. В этом что-то есть, если гипотез много. Но если их всего две и утверждают они противоположное, то, как точно заметил еще Иоганн Вольфганг Гёте, между ними лежит не истина, а проблема. Если же эти гипотезы – не продукт чистой дедукции, а просто они по-разному интерпретируют факты, то следует не отвергать одну из них, а искать новое природное явление, которое, вероятнее всего, и не давало возможности свести концы воедино. Это уже подход развитых естественных наук (физики, например). В геологии он только начинает культивироваться.

И все же любопытно, почему даже такие выдающиеся умы, как Вернадский, твердо верили в то, что прогресс науки – только в выявлении устойчивых эмпирических обобщений, которые не должны заключать никаких гипотез, а тем более – экстраполяций. Ответить на этот вопрос несложно, если не забывать, на каком уровне находилась в то время теоретическая мысль в описательном естествознании, сколь глубоко знал Вернадский историю науки, а, следовательно, мог понять масштаб сделанных учеными ошибок и знал цену, заплаченную за авантюризм в познании.

На самом деле, еще в 1839 г. профессор Института корпуса горных инженеров (так в то время назывался Петербургский Горный институт) Дмитрий Иванович Соколов (1788-1852) написал в своем трехтомном руководстве для студентов-геологов: «страсть к теориям сделала много вреда науке геологической». Прочтя это, современный ученый недоуменно пожмет плечами:

– Зачем вспоминать разные глупости полуторавековой давности?

Но в том-то и дело, что это совсем не глупости. «Теории», владевшие умами геологов начала XIX столетия, действительно принесли науке больше вреда, чем пользы. Достаточно вспомнить нескончаемые беспочвенные и бесплодные баталии «нептунистов», утверждавших, что вся природа – из воды, и «плутонистов», отдававших приоритет творения огню.

Здесь сказалось общее правило: чем меньше фактов, тем легче их обобщать (это естественно) и тем неудержимее тянет свести это обобщение к какой-то единственной первопричине (это неестественно). Именно об этом, вероятнее всего, рассуждал Соколов и был абсолютно прав. И по этой же причине у академика Вернадского развилась своеобразная интеллектуальная аллергия на гипотетическое знание. Он его категорически не принимал.

Однако эмпирическое обобщение (в чистом виде) не дает возможности сделать рывок в познании, открыть принципиально новое явление и дать ему всестороннее истолкование. Когда мы будем обсуждать проблемы биосферы, открытие которой связано главным образом с именем Вернадского, то убедимся, что и он не выдержал до конца «принцип эмпиризма». Рафинированная методология хороша до тех пор, пока парит над наукой. Но как только она погружается в проблемы науки, то полностью растворяется в них и о ней просто не вспоминают.

Заключим эти рассуждения о принципах эмпирической непротиворечивости и эмпиризма словами одного из самых методологически грамотных геологов XIX столетия, российского провинциала, мыслящего, однако, «европейски» (слова Вернадского), Николая Алексеевича Головкинского. Еще в 1868 г. он писал, что геолог имеет дело с таким невероятным разнообразием объектов и ситуаций, что вынужден как-то группировать предметы своего анализа, классифицировать их.

«Таким образом, – заключает Головкинский, – делая первый шаг к изучению, мы уже вносим субъективный произвол во взаимные отношения предметов и не должны забывать, что эта субъективность входит постоянным множителем во все комбинации, какие мы сделаем из нашего материала. Сходство и различие – понятия совершенно относительные… Оценить признаки по их важности и подвести достаточно верный итог нельзя по отсутствию прочных критериев; оттого группировка форм – дело очень и очень условное… Но беда не в этом… беда в том, что, сортируя по признакам, бесспорно, более важным, пытаясь приблизиться в этой группировке к истинным отношениям предметов, мы упускаем из виду, что попытка не есть достижение, предположение не есть факт: увлекаясь гипотезой, вносящей в природу удобный для нас систематический порядок, мы часто смотрим на нашу искусственную, условную группировку, как на истинные отношения классифицируемых предметов, как на выражение их генетической связи» (курсив Головкинского. – С.Р.).

Теперь, думаю, понятна подоплека пренебрежительного отношения многих геологов к разного рода гипотезам, теориям и экстраполяциям. И в то же время (в этом и состоит один из ядовитейших парадоксов познания) без них невозможны крупные открытия в науке. Несколько перефразировав Александра Ивановича Герцена, можно сказать, что кораллы умирают, не подозревая, что жизнь свою они прожили ради прогресса рифа.