Интерлюдия Искусство в науке

Как-то я задумал повторить эксперимент, с помощью которого Резерфорд открыл ядро атома. На практике опыт представлялся довольно простым: источник излучения, мишень, экраны сцинтилляции, микроскопические вспышки, которые нужно было подсчитывать в темноте. Я занялся сбором изображений и диаграмм данного эксперимента, его описаний, сделанных различными участниками, и аналитических комментариев, принадлежащих тем или иным историкам науки. Мне пришлось даже освежить в памяти кое-что из математики.

Я собирался провести эксперимент перед студенческой аудиторией, возможно, сделать документальный фильм. В поисках помощника я обратился к физику Сэмюелу Девонсу из Барнард-колледжа, который, по моим сведениям, работал с Резерфордом в ходе экспериментов с рассеянием альфа-частиц.

Выслушав мое предложение, Девонс расхохотался и долго не мог успокоиться. Немного придя в себя, он объяснил мне, что в наше время практически невозможно получить разрешение на работу с радиоактивными материалами, необходимыми для данного эксперимента, – степень излучения нарушает все приемлемые нормы. Можно, конечно, пойти окольным путем и – как поступают многие университетские лаборатории – воспользоваться разрешенными слабыми источниками радиации в соединении с современным электронным оборудованием, которое может несколько дней автоматически собирать данные. К сожалению, это было совсем не то, что я хотел организовать.

Девонс заметил:

...

Та разновидность искусства, о которой говорил Девонс, конечно же, присутствует не только в физике. Альберт Уитфорд, влиятельный американский астроном середины XX века, однажды заметил, что в его время работа с большим телескопом требовала от астронома «настоящего искусства, истинного мастерства в обращении с красивым и капризным инструментом». На самом деле изучение всех прихотей исследовательского инструментария – весьма кропотливый, а порой и изнурительный труд. Известный космолог Аллан Рекс Сэндидж, проведший бесчисленное количество ночей у громадных телескопов, поясняет:

...

Однако же долгие неуютные часы, проведенные наедине с телескопом под ночным небом, формируют то, что историк науки У. Патрик Маккрей называл «личной связью между ученым и его инструментом»146, – глубокое понимание инструмента, которое необходимо экспериментатору для того, чтобы всегда понимать, что именно инструмент способен ему открыть, а что нет.

Когда такая связь существует, результатом ее становится творческий процесс, который наделен всеми признаками настоящего искусства147. Существуют три разновидности этого процесса: механическое повторение, стандартная процедура и художественное представление. Примером механического повторения могут быть музыкальные записи или механические пианино, воспроизводящие то или иное музыкальное произведение. Однако в данном случае музыка, какой бы прекрасной она ни была, не есть каждый раз результат творчества в прямом смысле слова, а лишь эхо этого результата.

Стандартная процедура, в отличие от механического повторения, подразумевает минимум настоящего искусства. Действия, которые первоначально могли осуществляться лишь горсткой профессионалов, обладающих высоким мастерством, превращаются в некую рутинную практику, доступную более широкой группе людей, не обладающих таким высоким уровнем подготовки. Примером служат хирургические методики использования лазера для восстановления зрения при сильной близорукости. Когда-то они были прерогативой лишь высококвалифицированных специалистов, получавших громадные гонорары, а теперь подобные операции проводятся во множестве коммерческих клиник.

Художественное представление выходит за пределы стандартизованной программы. Это – действие на пределе уже понятого и контролируемого, сопряженное со значительным риском. Как показывает открытие Резерфордом атомного ядра, научные объекты приходится выводить в центр поля зрения подчас из довольно размытого и неопределенного фона. Данный процесс можно сравнить с разглядыванием оптических «обманок», в которых очертания какого-то предмета скрыты за сложным нагромождением линий. Поначалу очертания объекта перемешаны с хитросплетением разнообразных линий и форм, из-за чего возникает неопределенное ощущение неудобства и напряжения, и вдруг неожиданно наше зрение адаптируется – и мы начинаем видеть нужный объект (скажем, кролика) в сплетении листьев, ветвей и травы. Научные объекты часто становятся понятны в ходе аналогичного процесса. Однако, в отличие от разглядывания подобной картинки, при работе в лаборатории мы не всегда уверены в том, что нужный нам объект действительно существует. Инструментарий предоставляет нам «картинку», где заключены и объект, и фон, из которого необходимо вычленить предмет исследования. Часто сам способ организации опыта мешает опознать новый феномен, и вполне вероятно, что условия эксперимента потребуется изменить прежде, чем необходимый объект появится в поле нашего зрения.

Эксперимент Резерфорда иллюстрирует не только особое исследовательское мастерство, но и то, каким образом оно превращается в стандарт и технологию. Научные феномены могут проходить путь от только что открытого явления (которое порой воспринимается как досадная помеха – как в случае с рассеянием у Резерфорда) к лабораторной методике и особой технологии. То, что обнаруживается в ходе эксперимента, представляет собой характерное, иногда весьма поучительное и полезное следствие научного феномена. Рассеяние альфа-частиц – один из примеров этого. Если обнаруженная в ходе эксперимента характеристика связана с какими-то важными параметрами системы – в случае с рассеянием альфа-частиц таковыми были распределение заряда и массы, – то появляется возможность превратить ее в определенную методику; ею можно будет манипулировать для анализа и измерения названных параметров. Всегда существует вероятность того, что методика со временем превратится в технологию, то есть достигнет такой степени стандартизации, при которой ее смогут в качестве инструмента использовать те, кто не в полной мере владеет всеми нюансами ее теоретического обоснования и практическими навыками использования.

Возьмем, к примеру, пьезоэлектрический эффект – феномен, при котором определенные кристаллы (некоторые из них естественного происхождения), будучи сжаты определенным образом, производят мгновенные всплески напряжения в десятки тысяч вольт. На рубеже XIX и XX веков это явление впервые наблюдали в лаборатории братья Кюри, использовавшие для этого сложное лабораторное оборудование (один из братьев, Пьер, впоследствии женился на Марии Склодовской, которая стала первой женщиной, удостоенной Нобелевской премии). К началу Второй мировой войны пьезоэлектрический эффект уже был стандартизирован и использовался в детонаторах авиабомб, а сегодня этот некогда экзотический лабораторный феномен является банальным элементом системы воспламенения в определенном типе зажигалок.

Почему же на мастерство экспериментов так часто не обращают внимания? Одна из причин заключается в отношении самих ученых, которые настаивают на соблюдении слишком строгого, жесткого, а порой бесчеловечного и нереалистичного стандарта. К примеру, нобелевский лауреат Леон Ледерман, бывший директор Лаборатории им. Ферми, национальной лаборатории в Батавии, штат Иллинойс, часто укорял себя за «упущенные открытия» и даже написал статью о «том значительном, что ускользнуло из рук». Среди этого значительного Ледерман упоминал эпизод, когда его исследовательская группа не смогла зарегистрировать важную частицу, которую двумя годами позже одновременно обнаружили две другие исследовательские группы. «Наше мышление, – писал Ледерман, – [и] наше понимание ключевых элементов физики было довольно туманным». Однако работа группы Ледермана рассматривалась его коллегами как первоклассная. Более того, обе группы, которым в конце концов удалось обнаружить частицу, теперь именуемую J/psi , в качестве руководства использовали предшествующие наработки Ледермана.

Встретившись с Ледерманом, я поинтересовался, неужели он и в самом деле считал, что во время проведения этого эксперимента ему не хватало правильного понимания физических явлений?

– Оно было недостаточно правильным, – ответил ученый.

– Но проведенный вами эксперимент рассматривался и продолжает рассматриваться вашими коллегами как замечательный, – возразил я.

– Недостаточно замечательный, – сказал Ледерман. – Если бы он был на самом деле замечательным – в прямом смысле этого слова, – то мы бы обнаружили J/psi . Мне следовало бы быть умнее и воспользоваться мелкомодульными детекторами.

И даже когда я напомнил ему, что он использовал плотные материалы, с которыми нельзя применять детекторы такого типа, Ледерман продолжал упрямо качать головой:

– Мне все равно следовало бы быть умнее, отказаться от плотных материалов и воспользоваться более тонкими.

– Однако, – возразил я, – это означало бы изменить научную цель эксперимента и его физическую структуру по весьма спорным причинам.

Тем не менее никакими доводами мне не удавалось переубедить Ледермана.

– Если бы я был умнее, – продолжал он, – я бы начал эксперимент с самого начала. Но я не был умен. Я был глуп148.

Почему же не только Ледерман, но и другие ученые проявляют такое самоуничижение по отношению к собственному труду и отказываются признавать в нем наличие истинного мастерства, не давая себе естественного для мастера права на ошибку? Их отношение есть некая давно утвердившаяся в науке традиция, определяющая, что есть «правильно» и что «неправильно». В соответствии с этой традицией любые неудачи относятся на счет плохого планирования эксперимента и собственной недальновидности ученого, а риски и неопределенность, естественно присущие исследовательской работе, совершенно не принимаются во внимание. Подобное отношение формирует в исследователях чрезмерно требовательный подход к своему труду.

Рис. 21. Постепенное проявление интерференционной картины при рассеянии одиночных электронов на двух щелях.