Сущность и развитие научного метода.

        Мы настолько привыкли отождествлять понятия «знание» и «наука», что не муслим себе иного знания, кроме научного. В чем его сущность и особенности?
        Сущность научного метода можно объяснить довольно просто: этот метод позволяет добыть такие знания о явлениях, которые можно проверить, сохранить и передать другому.
        Отсюда сразу следует, что наука изучает не вообще всякие явления, а только те из них, которые повторяются. Ее главная задача – отыскать законы, согласно которым эти явления протекают. В разное время наука достигала этой цели по-разному.
        Древние греки внимательно наблюдали явления и затем с помощью умозрения пытались проникнуть в гармонию природы силой интеллекта, опираясь только на данные чувств, накопленные в памяти.
        В период Возрождения стало очевидно, что поставленная цель не может быть достигнута только с помощью пяти чувств – необходимо изобрести приборы, которые есть не что иное, как продолжение и углубление наших органов чувств. При этом сразу же возникло два вопроса: насколько можно доверять показаниям приборов и как сохранить информацию, полученную с их помощью.
        Вторая задача была вскоре решена изобретением книгопечатания и последовательным применением математики в естественных науках. Значительно труднее оказалось разрешить первый вопрос – о достоверности знаний, полученных с помощью приборов. По существу, он не решен окончательно до сих пор, и вся история научного метода – это история постоянного углубления и видоизменения этого вопроса.
        Довольно скоро поняли, что показаниям приборов, как правило, можно доверять, то есть они отражают что-то реальное в природе, существующее независимо от приборов. (В конце концов убедились, например, в том, что пятна на Солнце – это пятна именно на Солнце, а не дефекты зрительной трубы, с помощью которой они были открыты.) В это период расцвета экспериментальной физики были накоплены все те знания, на основе которых в конце прошлого века произошел мощный скачок техники.
        Однако объем знаний стремительно рос и в начале нашего века привел к кризису в физике. Суть его заключалась в том, что в какой-то момент люди перестали понимать, как соотносить числа, полученные с помощью приборов, к реальным явлениям в природе. Именно в этот момент решающее значение приобрела теоретическая физика.
        Причин кризиса было две. С одной стороны, приборы слишком далеко ушли от непосредственных ощущений человека, и поэтому интуиция, руководствуясь их данными, не давала никакой простой картины изучаемых явлений. Тем самым были исчерпаны возможности наглядной интерпретации данных опыта.
        С другой стороны, не существовало логической схемы, которая помогла бы упорядочить научные факты и без ссылок на интуицию, привести к таким наблюдаемым следствиям, против которых не мог бы возразить даже здравый смысл.
        Кризис преодолели на втором пути: по-прежнему доверяя показаниям приборов, изобрели новые понятия и новые логические схемы, которые научили по-новому относиться к этим показаниям. Решающую роль в такой ломке устоявшихся понятий сыграла квантовая механика. Она не только дала нам власть над совершенно новым миром атомных явлений, но и убедила в том, что показания приборов – это не простая фотография явлений природы: они не относятся к ней непосредственно, а лишь отражают и закрепляют числами наши представления о ней.
        С течением времени эти знания совершенствуются и позволяют нам правильно предсказывать все более тонкие явления природы. Факт сам по себе удивительный, и мы его, вероятно, никогда не поймем, но коль скоро он стал известен – мы его используем.
        С этим согласны теперь почти все физики. Однако, как и все люди, они хотят понять больше: насколько полна картина мира, нарисованная физикой? Вопрос этот не физический, а скорее философский. Он возникал во все времена, но впервые четко был сформулирован в диалогах Платона.
        Платон уподобил ученых узникам, прикованным в пещере спиной ко входу так, что они не видят света, а только тени, движущиеся на противоположной стене. Он признавал, что даже в этих условиях, внимательно наблюдая движение теней, можно научиться предугадывать поведение тех тел, чьи тени видны на стене пещеры. Но знание, приобретенное таким способом, бесконечно далеко от того полного знания, которое приобретает освобожденный узник, выйдя из пещеры.
        Платону нечего возразить. Окружающий мир и в самом деле богаче того, который мы в состоянии себе представить только на основе данных физики. Слепой от рождения может в совершенстве изучить оптику, но при этом он не будет иметь ни малейшего представления о том, что такое свет и, тем более, как выглядит богатство весенних красок. Когда мы вступаем в мир атомных явлений, все мы становимся похожими на слепых от рождения. Мы начисто лишены «атомного зрения» и вынуждены двигаться в непривычном мире только ощупью.
        Число подобных аналогий можно легко умножить, и каждая из них учит физиков быть скромнее. В XIX веке природу мечтали объяснить; в ХХ – стремятся лишь описать. Теперь мы понимаем, что вопросы о полноте физических знаний и о сущности явлений лежат вне физики и не могут быть разрешены ее средствами. Физика изучает только законы, по которым эти явления происходят. И в этом смысле она в точности следует «теории теней».
        Но даже такое ограниченное знание о природе, насколько оно истинно?

        Истинность и полнота научной картины мира.

        Вопрос этот не может быть разрешен логически: мы верим в науку, поскольку она позволяет нам правильно предсказывать явления природы и не зависит от произвола познающей личности. Мы можем сомневаться в структуре ее образов – они зависят от способа общения. Но мы теперь с достоверностью знаем, что все земные и небесные тела построены из одних и тех же элементов и примерно в тех же пропорциях. Мы уверены даже, что законы природы одинаковы во всей вселенной, и, следовательно, атом натрия всегда излучает одну и ту же D-линию, находится ли он на Земле или на Сириусе. Теперь это признают почти все, и никто не сомневается в истинности этих знаний. Сомнения возникают тогда, когда мы на основании твердо установленных, но частных фактов пытаемся создать общую и непротиворечивую картину мира, согласную со всей совокупностью данных опыта и общей природой человеческого сознания. Наиболее часто возникает вопрос: насколько однозначна форма физических законов?
        Категорического ответа на этот вопрос не существует. Те, кто знаком с историей науки, знают, что в некоторые периоды ее развития действительно бок о бок существовали две  теории, каждая из которых считала себя истинной, и обе одинаково хорошо объясняли известные в то время явления. Однако та же история рассказывает, что с течением времени новые опыты выбирали из двух теорий только одну, либо же на новом этапе обе они сливались воедино на основе новых, более высоких принципов, как это случилось с корпускулярной и волновой теорией света.
        Факты и понятия науки могут показаться случайными хотя бы потому, что установлены в случайное время случайными людьми и часто при случайных обстоятельствах. Но, взятые вместе, они образуют единую закономерную систему,  в которой число связей настолько велико, что в ней нельзя заменить ни одного звена, не затронув при этом всех остальных. Под давлением новых фактов система эта непрерывно изменяется и уточняется, но никогда не теряет цельности и своеобразной законченности. Взятая в целом, система научных понятий – продукт длительной эволюции: в течение многих лет старые звенья в ней заменялись новыми, более совершенными, а совсем новые понятия всегда возникали с учетом и на основе прежних. Одним словом, наука – это не застывшая мертвая схема, а живой развивающийся организм. И хотя все понятия науки – произвольные творения человеческого разума, тем не менее они случайны настолько же, насколько случайна сама разумная жизнь в природе.
        В одном из фантастических рассказов Рея Брэдбери герой на машине времени отправился в далекое прошлое и во время визита туда нечаянно раздавил там маленькую бабочку. Когда он вернулся обратно, то не узнал мира, который оставил уезжая: оказалось, что его невольное и на первый взгляд незначительное вторжение в ход биологической эволюции полностью изменило все ее конечные результаты.
        Очевидно, пример этот не более чем эффектная крайность, извинительная для фантаста. Нет слов, все в природе взаимосвязано. Однако не такой жесткой причинностью, граничащей с детерминизмом, а более изобретательно и гибко – на манер статистической причинности квантовой механики. Тем не менее пример этот лишний раз предостерегает от любого вторжения в природу, ибо никто не может предугадать отдаленных последствий подобных действий.
        Эволюция системы научных понятий – такой же бесконтрольный, но закономерный процесс, как и эволюция животного мира. Можно представить себе его другим в частностях, можно удивляться его странным прихотям, но нельзя вообразить его целиком иным. Мы не знаем, как возникли первое понятие и первый организм, и что было бы, если бы они были другими. Но мы знаем, что каждый новый шаг эволюции зависел от всех предыдущих. Поэтому мы можем легко вообразить себе лошадь с лапами тигра или атом в виде бублика, но представить себе иными весь животный мир и всю систему научных понятий нам не под силу: и процесс биологической эволюции, и процесс формирования научных знаний подчиняются своим внутренним законам, изменить которые мы не можем и познать которые пока не удалось.
        Мы рождаемся в мире сформировавшихся видов и установившихся понятий. Мы можем вывести новую породу лошадей или заменить одно понятие другим, которое больше соответствует научной истине. Однако вопрос об истинности или ложности всей системы человеческих знаний лежит вне сферы сознания и не может быть разрешен его силами. Более того, вопрос этот лишен смысла. Наука создана человеком и для человека, и вся система ее понятий придумана так, что она соответствует природе человеческого сознания. Конечная же цель понятий – предсказывать и объяснять явления, воздействующие на наши органы чувств или на их продолжение – приборы.
        Почти наверное где-то во вселенной существуют разумные существа с иными органами чувств и другой структурой сознания, чем у нас. Быть может, их система понятий в корне отлична от нашей. Но даже если мы будем в состоянии понять ее настолько, чтобы сравнить с собственной системой, мы не сможем заключить из этого сравнения, что она ложна. Наоборот, она всегда истинна, если дает своим органам чувств правильные предсказания. Наши научные знания о мире – это реальные тени реальных явлений природы. Тени, которые они отбрасывают, освещенные светом нашего сознания. И точно так же, как один и тот же предмет отбрасывает различные тени в зависимости от угла, под которым он освещен – точно так же система научных знаний, созданная разумной жизнью другой планеты, может отличаться от нашей. Быть может, когда-нибудь, не очень скоро, мы сможем сравнить между собой эти «сознательные тени» и, как узник Платона, вырвавшийся из пещеры, восстановить по ним истину во всей полноте и блеске. Точно так же, как по нескольким плоским чертежным проекциям опытный мастер может изготовить ее целиком. Но пока этого не случилось, мы должны углублять нашу теперешнюю науку: при всем своем несовершенстве это пока единственный способ проникнуть в глубь наблюдаемых явлений.
        Мир объективен и существует независимо от нашего сознания. Ему нет никакого дела до того, как мы, часть этого мира, представляем себе внутренние механизмы его внешних проявлений. Это важно только для нас самих. Весь вопрос в другом: как далеко мы сможем продвинуться на этом пути. И до каких пор мы сможем уточнять наши представления о причинах наблюдаемых явлений. Вместо вопроса о физической реальности мы должны решить вопрос о границах научного метода. Вопрос, который после изобретения квантовой механики, стал особенно актуален.

        Наука и человечество.

        Принято считать, что наука (в нынешнем понимании этого слова) существует не более 300-400 лет. За такой  ничтожный срок она полностью изменила образ жизни цивилизованных народов, их отношение к миру, способ мышления и даже моральные категории.
        Главная черта новой философии жизни – ощущение непрерывных движений в мире и, как результат этого ощущения, стремление узнать и понять окружающий мир, чтобы должным образом ответить на его изменения. Современный человек скептически относится к раз навсегда установленным принципам, он не верит в окончательность любого знания и каждую минуту жизни находится в состоянии поиска оптимальных решений. Ненасытная жажда знаний, пробудившаяся впервые в эпоху Возрождения, не угасла до сих пор. Научный метод преобразовал мир, в котором мы живем: он населил его машинами, и мы к ним относимся часто как к живым существам; он впервые накормил людей и защитил их от болезней, а это привело к небывалому росту человечества в целом и даже к росту отдельного человека.
        На основе успехов научного метода возникла и укрепилась новая вера – вера в науку, которая иногда напоминает средневековую веру в божественное откровение. Поворот в умах, вызванный наукой, можно сравнить только с великими религиозными переворотами: буддизмом, христианством, исламом. Наука и формально и по существу пришла на смену религии: от нее ждут ответов на все вопросы жизни, ее приговоры считаются непогрешимыми, среди ее служителей ищут образцы для подражания, а число ее адептов растет быстрее, чем армия буддийских монахов на Востоке в старые времена. Но в отличие от прежних религий, которые подчиняли одних людей другим, наука дает власть человеку над природой.
        Страны Запада, воспринявшие эту новую религию, далеко обогнали прежде цветущие страны Востока. Все это оказалось возможным благодаря простому открытию: суть многих явлений природы можно записать в виде чисел и уравнений, устанавливающих связи между числами. Как и всякий последовательный метод, научный метод имеет свои издержки, область действия и границы применимости.
        Сидеть на берегу моря и смотреть, как Солнце совершает по небу свой круг, не считалось в древности занятием, недостойным мужа. С тех пор многое изменилось. Индуктивные науки пришли на смену чистому умозрению и принялись «проверять алгеброй гармонию». Наука стала на прочное основание опыта, но утратила черты спокойной мудрости и неторопливого созерцания. На это можно сетовать, но изменить уже нельзя.
        В пору ее становления наукой занимались на свой страх и риск преданные ей одиночки. Долгое время ее результаты не считали обязательными для всех: даже в середине прошлого века Фарадей ратовал за признание науки элементом всеобщего образования. В наше время наука стала массовой, а научная работа – самым обычным и часто прозаическим занятием. Из инструмента познания наука стала материальной силой, но вместе с этим она прикоснулась к человеческим страстям совсем не того высокого склада, каким она обязана своим возникновением.
        Все это верно, все это так, но в век науки немыслимо отказаться от ее результатов только из моральных соображений: в стремлении к чистоте не следует преступать границ стерильности. Главное – чтобы музыканты хорошо играли, а пьют они при этом или нет – это уж как повезет. Наука пока что исправно несет свою службу: строит машины, кормит человечество, снабжает его энергией, защищает от болезней. Конечно, это не снимает моральной ответственности с ученых за их – иногда смертоносные – открытия.
        Как известно, в процессе биологической эволюции всегда возникают мутации, часть из которых быстро закрепляется и вытесняет менее приспособленные. Но другая их часть консервируется впрок и проявляется лишь тогда, когда изменившиеся внешние условия грозят уничтожить биологический вид. Именно эти скрытые до поры мутации спасли в свое время от гибели и человеческий род. Но эволюция не прекратилась – она лишь изменила свои формы: на протяжении тысячелетий тело человека осталось почти без изменений, зато его сознание изменилось неузнаваемо и необратимо. В этих условиях наука служит источником новых идей, которые, быть может, спасут человечество в грядущих катастрофах.
        Научный метод – это соглашение между людьми, достаточно плодотворное, чтобы стать всеобщим. На основе этого соглашения вырос и развивается своего рода коллективный разум – если и не бессмертный, то сравнительно долговечный. Как долго он проживет и где границы научного метода – пока неясно, однако то, что они существуют, несомненно.

        Границы научного метода.

        Человека всегда занимали «вечные вопросы»: о жизни и смерти, о добре и зле, о боге и вечности, о конечной цели бытия и нашем месте во вселенной. Религия не смогла ответить на эти вопросы, она лишь на время успокоила стремление их разрешить и дала краткое утешение в забвении человеческих сложностей и проблем земного бытия.
        Наука тоже не приспособлена для ответов на вопросы о смысле жизни – у нее более скромные задачи. В ослеплении успехами точных наук об этом часто забывают и упускают из виду ту простую возможность, что будущим поколениям людей наш рационализм и вера в науку будут столь же смешны и непонятны, как для нас обряды египетских жрецов: безгранично лишь само познание, а не его исторические формы.
        Наука в состоянии познать только те явления, свойства которых можно оценить числом. Работу гипнотизера нельзя описать математическими формулами, и тем не менее результаты ее несомненны и воспроизводимы. Достижения индийских йогов – экспериментальный факт, многократно проверенный. Однако эти феномены не могут стать объектами точной науки, поскольку они не поддаются количественному описанию с помощью чисел и формул. Точно так же явления телепатии не станут достоверными до тех пор, пока не подтвердятся научными опытами. Наше время признает только и только такие доказательства; точно так же, как в средние века принимали во внимание лишь доказательства со ссылками на авторитеты.
        Не стоит огорчаться по этому поводу: ведь это означает просто, что мир богаче и сложнее, чем его образ, даваемый наукой. Улыбка ничего не стоит, но, к счастью, ее нечем заменить. Это всегда полезно помнить, чтобы не погрязнуть в ученом невежестве. И те из ученых, кто пытается представить себе мир в виде бесконечных таблиц чисел и отрицает реальность многих явлений природы только на том основании, что они необъяснимы средствами науки, -  эти ученые не очень отличаются от попов, которые при виде паровоза закрывали глаза, топали ногой и приговаривали: «Сгинь, сатана!» Для таких ученых гений и убийца неразличимы, ибо можно строго научно доказать, что они состоят из совершенно одинаковых молекул.
        На фоне такого рода рассуждений квантовая механика, о которой мы так много теперь узнали, должна показаться совсем простой наукой. В самом деле, об атоме водорода мы знаем так много, что можем предсказать все его наблюдаемые свойства. Значительно труднее, но все-таки можно рассчитать свойства молекулы водорода. Но уже свойства молекул белка мы предсказать не в состоянии. Белков не так уж много, однако из них построен каждый человек во всей его неповторимости.
        Одним словом, наука – это полезно и даже необходимо, но нельзя обращать нужду в добродетель и подчинять ей все только на том основании, что без нее обойтись пока нельзя.

Справка:

Пономарев Леонид Иванович (1937 г.р.), физик, доктор технических наук, профессор МАИ, член-корреспондент РАН по Отделению ядерной физики (1994). Директор Координационно-исследовательского центра по проблеме мюонного катализа и экзотических квантовых систем (МЮКАТЭКС). Специалист в области физики мезоатомных и мезомолекулярных процессов, мюонного катализа.