Поиски истины

ОТ ДОГАДКИ ДО ИСТИНЫ

Пора нам выяснить, что истинно, что

ложно.

Коль убежденьем вас не сдвинуть ни

на пядь,

Вам все воочию придется показать.

Ж.-Б. Мольер

Как догадка превращается в прочно установленную научную истину? В чем разница между научной и житейской оценкой достоверности? В чем особенность научного подхода к явлениям природы? Чтобы ответить на эти вопросы, нужно прежде всего понять, что же затрудняет общение людей, далеких от науки, с представителями точных наук.

«Другому как понять тебя?..» (Ф. Тютчев)

«Известно, что рецессивная аллель влияет на фенотип, только если генотип гомозиготен».

«Всякая точка прикосновения фильтра Коши есть предел этого фильтра».

«Инстантон - это подбарьерный переход между ва-куумами с различными топологическими зарядами».

Непонятно? Первая фраза относится к генетике и определяет различие между условно и безусловно наследуемыми признаками. Второе утверждение взято из топологии (раздел математики). Третье относится к квантовой теории поля.

Я хотел на этих примерах показать, как трудно говорить о науке с неспециалистом; еще большие трудности вносит не терминология, а непривычные понятия.

Не означает ли это, что есть такие области науки, о которых невозможно рассказать «простому смертному»? Мне кажется, что можно объяснить даже самую сложную теорию, если приложить такие же усилия, какие нужны для занятия самой наукой. Можно, устранив несущественное, разъяснить суть проблемы и воссоздать картину явления. Выделение сути полезно и для самой науки, оно всегда приводит к более ясному пониманию. Глубокая мысль выигрывает от упрощения. Однако в науке, как и в искусстве, простота требует усилий. Истинная простота дается только мастеру.

Можно избрать, как это часто делается, более легкий путь популяризации - говорить не о самой науке, а об ее приложениях, показать, что летающая машина - не меньшее чудо, чем летающая сорока.

Мой друг, грузинский физик, объяснял мне, как строятся тосты, когда за столом пятьдесят человек и тамада почти ничего о них не знает. Нужно говорить не о человеке, а по поводу, связанному с ним.

Итак, можно говорить по поводу науки.

Но гораздо более трудная и более благодарная цель - рассказать о красоте науки и скрытой за нею красоте и гармонии внешнего мира, создать «физическую картину» явления, упростить научные результаты, сохранив смысл. Для этого нужна серьезная научная работа, и выполнить ее могут только сами ученые.

Популяризация науки - хоть и трудная, но разрешимая задача, и не в этом главная сложность взаимопонимания. Наибольшие трудности, как ни странно, возникают не при обсуждении сути явлений, а при попытке объяснить, что представляет собой научный метод подхода к явлениям природы.

Научный подход начинается с определения границ области, которая включает достижения науки, не вызывающие сомнений, и границ области невозможного, того, что противоречит многолетнему научному опыту. Между этими границами лежит область явлений неизученных, но возможных. Например, можно уверенно сказать, что никакое дальнейшее развитие науки не заставит нас усомниться в том, что Земля круглая, или поверить в существование вечного двигателя, то есть в возможность грубого нарушения закона сохранения энергии.

Различие научного и житейского подходов особенно отчетливо проявляется при проведении границ достоверного и невозможного.

Стало реальностью многое из того, что еще недавно казалось чудом. Разве не удивительно, сидя дома, видеть и слышать происходящее за тысячи километров? Разве не чудо, что человеку удалось посмотреть на нашу планету со стороны? Разве можно было тридцать или сорок лет назад предвидеть, что будут созданы машины, умещающиеся на столе или даже в кармане, которые играют в шахматы, переводят на другие языки, пишут стихи и музыку, а главное - за несколько минут выполняют вычисления, для которых без них понадобились бы усилия целого поколения?

Надо ли удивляться, что в представлении людей, далеких от науки, границы стираются и все кажется возможным?

Естественно, возникают вопросы: «А знает ли сама наука, где эти границы? Не может ли произойти революция, которая перевернет все наши представления?»

Из истории и логики развития науки следует, что такой переворот невозможен.

Даже ошеломляющие идеи теории относительности не были категорическим переворотом, а возникли как следствие развития науки и опирались на прочный фундамент завоеваний прошлого. Эти идеи коснулись сравнительно узкого круга вопросов и практически не изменили установленных прежде законов механики и электродинамики тел, движущихся с обычными скоростями. Только наши знания распространились на не изученную до того область скоростей, сравнимых со скоростью света.

До теории относительности было естественно предполагать, что законы механики и электродинамики справедливы и при скоростях больших, чем те, при которых они были экспериментально установлены. Сомнения начались лишь с появлением теоретических и экспериментальных доводов, противоречащих этому предположению. Таков обычный путь развития науки. Без подобных обобщений мы не могли бы наткнуться на противоречие и не могли бы установить, что скорость света играет какую-то роль в классической механике.

Мы не знаем заранее, при каком изменении экспериментальных условий перестанет подтверждаться найденный нами закон природы. Чтобы обнаружить нарушение, следует сначала предположить самое простое: закон можно распространить и за пределы условий, при которых он был установлен. И проверять, приводит ли это к противоречию с новыми экспериментами.

Мы твердо знаем, что дальнейшее развитие науки не отменит установленных соотношений, а только выяснит область их применимости. Именно стабильность достижений науки и позволяет разграничить области достоверного и невозможного.

«Наука - это истина, помноженная на сомнение»

Однако не всегда разграничение достоверного и невозможного делалось достаточно основательно. История знает случаи, когда в оценке возможного ошибались не только люди, далекие от науки, но и сами ученые.

В начале прошлого века Французская академия вынесла постановление не рассматривать работы, содержащие описания камней, падающих с неба. Казалось, что все описания метеоритов - «небесных камней» - плод фантазии, поскольку камням неоткуда падать. Это очень опасный путь - отрицать и отметать все, что не находит объяснения.

Существует много примеров того, как предвзятые мнения тормозили развитие науки. Когда в 30-х годах готовился эксперимент по проверке закона зеркальной симметрии при бета-распаде, физики-теоретики были настолько уверены в незыблемости этого закона, что высмеяли экспериментаторов и эксперимент не был поставлен. Только в 50-х годах теоретики пришли к заключению, что закон этот может нарушаться именно при р-распаде, и опыт подтвердил их заключение.

Один из самых выдающихся физиков XX века, Вольфганг Паули, считал непреодолимым недостатком теории электронов Дирака то, что она предсказывала существование позитронов, которые тогда еще не были обнаружены.

Даже Альберт Эйнштейн не избежал подобной ошибки. После того как была создана общая теория относительности и показано, что вблизи массивных тел евклидова геометрия нарушается, Эйнштейн сделал следующий, неслыханный по смелости шаг. Он применил свою теорию тяготения к миру в целом, заменив, как это делается при изучении газа, истинное распределение масс во Вселенной на равномерное с некоторой средней плотностью материи.

Обнаружилось, что уравнения тяготения для такого мира не допускают стационарного решения. Между тем Эйнштейну хотелось получить решение, описывающее мир, замкнутый сам на себя, с независящим от времени радиусом кривизны. В этом и состояла предвзятость. Ему пришлось искусственно ввести дополнительное слагаемое, нарушившее красоту уравнений тяготения.

Примерно в это же время замечательный петроградский математик Александр Александрович Фридман (1888-1925) исследовал возможные решения уравнений Эйнштейна и пришел к заключению, что Вселенная расширяется и что наряду с замкнутой моделью Вселенной может - в зависимости от средней плотности материи- существовать и открытая модель, в которой масштабы мира неограниченно возрастают. Эйнштейн сначала раскритиковал работу Фридмана, а затем полностью с ней согласился и отказался от дополнительного члена в уравнениях тяготения. Вот что написал Эйнштейн в своей второй заметке о работе Фридмана: «Моя критика, как я убедился из письма Фридмана, сообщенного мне г-ном Крутковым (профессор Ленинградского университета, член-корреспондент АН СССР Юрий Александрович Прутков. - А. М.), основывалась на ошибке в вычислениях. Я считаю результаты Фридмана правильными и проливающими новый свет».

Эти слова стали известны Фридману незадолго до его кончины. Решение Фридмана получило экспериментальное подтверждение в 1929 году, когда американский астроном Эдвин Хаббл установил, что Вселенная расширяется.

В наше время все случаи подобных ошибок тщательно анализируются и из них делаются методологические выводы. Благодаря хорошо развитым средствам связи, в обсуждении спорных вопросов могут участвовать ученые всех стран. Поэтому сейчас научные заблуждения если и возникают, то живут очень недолго.

«Хочется верить, но нет оснований»

Наука не только устанавливает границы возможного, но и безжалостно отделяет догадки, пусть даже правдоподобные, от доказанных утверждений. Если бы не это оградительное правило, наука потонула бы в море суеверий и шатких предположений. Отделяя правдоподобное от доказанного, наука выясняет, какие утверждения требуют дальнейших исследований.

Предположение, что жизнь существует и в других мирах, не противоречит науке, и пришельцы из этих миров могли бы посетить Землю. Но нет никаких оснований утверждать, что они действительно здесь побывали. Так же как нет, по мнению специалистов, никаких оснований считать, что летающие тарелки представляют собой что-либо иное, чем явления атмосферной оптики.

Разумеется, это очень скучная должность-отрицать все необычное. Но зато в результате такого отбора яснее выступает не мнимое, а настоящее чудо. Например, ставший сейчас широко известным «парадокс близнецов».

Из теории относительности следует, что если один из близнецов отправится путешествовать на корабле, движущемся со скоростью, сравнимой со скоростью света, то, вернувшись, он окажется моложе своего брата, не совершившего путешествия. И это удивительное утверждение доказано не только теоретически, но и экспериментально. Сверхточные атомные часы, отправленные на самолете, после возвращения показали меньшее время, чем такие же часы, остававшиеся на Земле. Конечно, скорость самолета v много меньше скорости света, и потому запаздывание было небольшим. Оно составляет долю порядка v2/c2 от времени полета. Тем не менее это запаздывание (порядка 10-8 секунды) не только было установлено, но и совпало в пределах ошибок эксперимента с предсказанием теории.