А. Мигдал - ПОИСКИ ИСТИНЫ
В нобелевской речи Альбер Камю сказал, что искусство шагает по узкой тропинке меж двух бездн: с одной стороны - пустота, с другой - тенденциозность. В науке такие бездны - верхоглядство и догматизм, две стороны лженауки. Верхогляды строят свои концепции, не считаясь с фактами и соотношениями, основываясь на непроверенных догадках. Догматики абсолютизируют представления сегодняшнего дня. Что опаснее - трудно сказать.
Очень часто ученые, неспособные отказаться от установившихся представлений, широко образованны в науке и даже делают хорошие работы, хотя и не выходящие за рамки общепринятого. Покуда они ограничиваются такой деятельностью, они приносят пользу. Вред начинается, когда они пытаются делать прогнозы и влияют на выбор направления поисков.
К счастью, у науки есть свойство самоочищения - обратная связь, обеспечивающая устойчивость. После нескольких неудач и догматики и верхогляды перестают влиять на развитие науки.
Двадцатый век явил удивительные примеры отказа от привычных представлений в физике: теория относительности возникла в результате пересмотра интуитивного понятия одновременности, существовавшего сотни лет. Классическая механика исходит из предположения, что явления можно описывать, задавая координаты и скорости частиц. Квантовая механика требует отказа от этого предположения.
Но не свидетельствует ли такой отказ о несостоятельности всей предшествующей науки?
«Чтобы не нарушить, не расстроить, чтобы не разрушить, а построить…» (В. Высоцкий)
Существует заблуждение, будто ценность научного открытия измеряется тем, насколько оно ниспровергает науку.
Значительность научной революции в ее созидательных, а не разрушительных возможностях, в том, какой толчок она дает развитию науки, какие новые области открывает.
Очень часто при этом основные представления предшествующей науки остаются неизменными. Бескровный переворот произошел в астрофизике с появлением радиоастрономии; в теоретической физике - с открытием «графиков Фейнмана» - способа получать соотношения между физическими величинами с помощью рисунков, которые расшифровываются в конце работы.
Физика элементарных частиц категорически изменилась за последнее время без смены основных принципов физического описания.
Но даже коренная научная революция не отменяет, а только пересматривает, переосмысливает прежние соотношения и устанавливает границы их применимости. В науке существует «принцип соответствия» - новая теория должна переходить в старую в тех условиях, при которых старая была установлена.
Стабильность науки - важнейшее ее свойство, иначе приходилось бы начинать все заново после каждого открытия.
Физики отказались от представления о тепле как о жидкости - теплороде, - перетекающей от нагретого тела к холодному, после того как была установлена эквивалентность механической и тепловой энергии («механический эквивалент тепла»). Но законы теплопроводности, установленные во времена теплорода, не изменились.
В начале XX века атомистическая теория вещества стала доказанной и общепризнанной истиной, но все соотношения «макроскопических» наук - термодинамики, гидродинамики, теории упругости - остались без изменений. Эти науки продолжали предсказывать новые явления, выяснились лишь границы их применимости.
Тогда же, в начале века, произошел переворот в наших взглядах на пространство, время и тяготение, но наука «малых скоростей» сохранилась не только в смысле принципа соответствия - она продолжала развиваться, и практически вся современная техника - ЭВМ, телевидение, радио, космические полеты, современные химия и биология - обходится ньютоновыми представлениями о пространстве и времени.
Хороший пример переплетения старых и новых идей дает история эфира (см. с. 198).
В XIX веке его наделяли сложнейшими противоречивыми свойствами для объяснения законов распространения света в пустоте и в движущихся телах. Теория относительности разрешила все противоречия эфира. Более того - исчезла необходимость в этом понятии. Однако позже выяснилось, что пустота - бывший эфир - носитель не только электромагнитных волн; в ней происходят непрерывные колебания электромагнитного поля («нулевые колебания»), рождаются и исчезают электроны и позитроны, протоны и антипротоны и вообще все элементарные частицы. Если сталкиваются, скажем, два протона, эти мерцающие («виртуальные») частицы могут сделаться реальными - из «пустоты» рождается сноп частиц.
Пустота оказалась очень сложным физическим объектом. По существу, физики вернулись к понятию эфира, но уже без противоречий. Старое понятие не было взято из архива - оно возникло заново в процессе развития науки. Новый эфир называют «вакуумом» или «физической пустотой».
История эфира на этом не закончилась.
Теория относительности строится на предположении, что в нашем мире не существует выделенной системы координат и поэтому не существует абсолютной скорости, мы наблюдаем только относительные движения. Но с открытием реликтового излучения такая система координат появилась - это система, в которой кванты реликтового излучения распределены по скоростям сферически симметрично, как частицы газа в неподвижном ящике. (Реликтовое излучение - это электромагнитные волны, возникшие примерно 20 миллиардов лет назад, когда Вселенная была горячей. Исследуя реликтовое излучение, можно увидеть Вселенную, какой она была на ранних стадиях развития.) В «новом эфире» есть абсолютная скорость, тем не менее следствия теории относительности сохраняются с колоссальной точностью в согласии с принципом соответствия.
История эфира продолжается.
Применение квантовой механики к теории тяготения привело к важнейшему результату - кроме нулевых колебаний элементарных частиц, о которых мы только что говорили, в вакууме существуют нулевые колебания поля тяготения. Но, как следует из теории тяготения Эйнштейна, изменение гравитационного поля приводит к изменению геометрических свойств пространства. Отношение длины окружности к радиусу колеблется около значения 2л, соответствующего евклидовой геометрии. Для больших радиусов эти колебания практически не наблюдаемы, но чем меньше масштаб расстояний, тем больше амплитуда «дрожаний» геометрии вакуума.
В последнее время физики-теоретики пытаются выяснить взаимное влияние этих колебаний геометрических свойств и нулевых колебаний элементарных частиц. Эйнштейн надеялся объединить тяготение и электродинамику, а такая теория пошла бы гораздо дальше - она означала бы «сверхобъединение» всех известных физических взаимодействий.
Романтика и поэзия науки не в разрушении старого, а в переплетении и проникновении друг в друга новых и прежних идей. В науке, как и в искусстве, новое не отменяет красоты старого, а дополняет ее.
Итак, наука оберегает свои завоевания. Но как устанавливаются научные истины? Один из важнейших методов - проверка теоретических предсказаний опытом.
«Штатские люди любят судить о предметах военных, даже фельдмаршальских, а люди с инженерным
образованием судят больше о философии и политической экономии» (Ф. Достоевский)
«Эксперимент есть эксперимент, даже если его поставили журналисты», - было сказано в одном из наших журналов по поводу встречи редакции с экстрасенсом, с «медиумом», как сказали бы сто лет назад. Я не встретил ни одного экспериментатора, который бы не рассмеялся, услышав эту фразу. Самое тонкое и сложное - постановка недвусмысленного эксперимента, и здесь необходим строжайший профессионализм.
Чтобы установить истину, нужно поставить научный эксперимент, то есть эксперимент, проведенный специалистами, дающий повторяемые результаты и подтвержденный независимыми опытами других исследователей. Это в равной мере относится ко всем опытным наукам - к физике, химии, астрономии, биологии, психологии… В астрономии вместо слова «эксперимент» (словарь определяет его так: проба, опыт, проверка гипотезы) принято употреблять слово «наблюдение», подчеркивающее невозможность изменить ход событий по желанию экспериментатора, но суть остается - астрономический эксперимент состоит в том, что место, время и способ наблюдения отбираются так, чтобы получить ответ на поставленный вопрос. Впрочем, в наши дни с помощью спутников стали возможны астрономические эксперименты и в обычном смысле слова.
Даже в математике при поисках доказательств
делают правдоподобные предположения, которые предстоит проверить, то есть ставят эксперимент.
В опытных науках процесс доказательства никогда не прекращается, поскольку постоянно расширяются границы, в которых проверяется правильность предположения.
Вот пример астрономического эксперимента. Согласно классической, ньютоновой механике планеты должны двигаться по эллипсам, причем оси эллипса неподвижны в пространстве. Это было проверено многочисленными наблюдениями траектории Меркурия. Было доказано, что предсказание теории Ньютона выполняется с колоссальной точностью: орбита Меркурия хотя и поворачивается, но крайне медленно - один оборот за три миллиона лет. Одновременно с блестящим подтверждением предсказаний классической механики возник и парадокс - надо было объяснить это малое, но принципиально важное отклонение от ньютоновой теории, согласно которой орбита строго неподвижна. Объяснение появилось только после создания теории тяготения (общей теории относительности), которая позволила вычислить угловую скорость вращения орбиты, выразив ее через постоянную тяготения, массу Солнца и скорость света. Это один из удивительных примеров красоты науки ¦- теория связала воедино такие разнородные явления, как тяготение и распространение света.
