Портал создан при поддержке Федерального агентства по печати и массовым коммуникациям.

Что такое наука?

Кандидат физико-математических наук Евгений Трунковский, старший научный сотрудник Государственного астрономического института им. П. К. Штернберга (МГУ).

Светлой памяти замечательного, редкого человека и физика Юрия Владимировича Гапонова.

Всем более или менее образованным (то есть окончившим по крайней мере среднюю школу) людям известно, что, например, астрономия — одна из самых интересных и важных наук о природе. Но когда произносят слово «наука», предполагается, что все одинаково понимают, о чём идёт речь. А так ли это на самом деле?

Обеспечим библиотеки России научными изданиями!

Научный подход к явлениям и процессам окружающего мира — это целая система взглядов и представлений, выработанных за тысячелетия развития человеческой мысли, определённое мировоззрение, в основе которого лежит осмысление взаимосвязей Природы и человека. И есть насущная потребность сформулировать на доступном, по возможности, языке соображения по данному поводу.

Потребность эта сегодня резко возросла в связи с тем, что в последние годы и даже десятилетия понятие «наука» в сознании многих людей оказалось размытым и неясным из-за огромного количества теле- и радиопередач, публикаций в газетах и журналах о «достижениях» астрологии, экстрасенсорики, уфологии и других видов оккультного «знания». Между тем, с точки зрения подавляющего большинства людей, занимающихся серьёзными научными исследованиями, ни один из названных видов «знаний» не может считаться наукой. На чём же основан настоящий научный подход к изучению окружающего мира?

Прежде всего, он базируется на огромном человеческом опыте, на повседневной практике наблюдений и взаимодействия с предметами, природными явлениями и процессами. В качестве примера можно сослаться на хорошо известную историю открытия закона всемирного тяготения. Изучая данные наблюдений и измерений, Ньютон предположил, что Земля служит источником силы тяготения, пропорциональной её массе и обратно пропорциональной квадрату расстояния от её центра. Затем это предположение, которое можно назвать научной гипотезой (научной потому, что она обобщала данные измерений и наблюдений), он применил для объяснения движения Луны по круговой орбите вокруг Земли. Оказалось, что выдвинутая гипотеза хорошо согласуется с известными данными о движении Луны. Это означало, что она с большой вероятностью верна, поскольку хорошо объясняла как поведение различных предметов вблизи поверхности Земли, так и движение удалённого небесного тела. Затем, после необходимых уточнений и добавлений, эту гипотезу, которую уже можно считать научной теорией (поскольку она объясняла довольно широкий класс явлений), применили для объяснения наблюдаемого движения планет Солнечной системы. И выяснилось, что движение планет согласуется с теорией Ньютона. Здесь уже можно говорить о законе, которому подчиняется движение земных и небесных тел в пределах огромных расстояний от Земли. Особенно убедительной стала история открытия «на кончике пера» восьмой планеты Солнечной системы — Нептуна. Закон тяготения позволил предсказать её существование, рассчитать орбиту и указать место на небе, где её следовало искать. И астроном Галле обнаружил Нептун на расстоянии 56ʹ от предвычисленного места!

По такой же схеме развивается любая наука вообще. Во-первых, изучаются данные наблюдений и измерений, затем предпринимаются попытки систематизировать, обобщить их и выдвинуть гипотезу, объясняющую полученные результаты. Если гипотеза хотя бы в существенных чертах объясняет имеющиеся данные, можно ожидать, что она предскажет ещё не изученные явления. Проверка этих расчётов и предсказаний в наблюдениях и экспериментах — очень сильное средство выяснить, верна ли гипотеза. Если она получает подтверждение, то может уже считаться научной теорией, так как совершенно невероятно, чтобы предсказания и расчёты, полученные на основе неверной гипотезы, случайно совпали бы с результатами наблюдений и измерений. Ведь такие предсказания обычно несут новую, часто неожиданную информацию, которую, как говорится, нарочно не придумаешь. Часто, однако, гипотеза не подтверждается. Значит, нужно продолжать поиски и разрабатывать другие гипотезы. Таков обычный тяжёлый путь в науке.

Во-вторых, не менее важна характерная черта научного подхода — возможность многократно и независимо проверить любые результаты и теории. Так, например, любой желающий может исследовать закон всемирного тяготения, самостоятельно изучив данные наблюдений и измерений или выполнив их заново.

В-третьих, чтобы всерьёз говорить о науке, нужно овладеть суммой знаний и методов, которыми располагает научное сообщество к настоящему моменту, нужно освоить логику методов, теорий, выводов, принятую в научной среде. Конечно, может оказаться, что кого-то она не устраивает (а вообще, достигнутое наукой на каждом этапе никогда полностью не устраивает настоящих учёных), но чтобы высказывать претензии или критиковать, нужно, как минимум, хорошо разобраться в том, что уже сделано. Если удастся убедительно доказать, что данный подход, метод или логика приводят к неверным выводам, внутренне противоречивы, и взамен этого предложить что-то лучшее — честь вам и хвала! Но разговор должен идти только на уровне доказательств, а не голословных утверждений. Правоту должны подтвердить результаты наблюдений и экспериментов, возможно новых и необычных, но убедительных для профессиональных исследователей.

Есть ещё один очень важный признак настоящего научного подхода. Это честность и непредвзятость исследователя. Понятия эти, конечно, довольно тонкие, не так-то просто дать им чёткое определение, поскольку они связаны с «человеческим фактором». Но без этих качеств учёных настоящей науки не бывает.

Допустим, у вас возникла идея, гипотеза или даже теория. И тут появляется сильное искушение, например, подобрать такой набор фактов, которые подтверждают вашу идею или, во всяком случае, не противоречат ей. А результаты, которые ей противоречат, отбросить, сделав вид, что вы о них не знаете. Бывает, что идут ещё дальше, «подгоняя» результаты наблюдений или экспериментов под желаемую гипотезу и пытаясь изобразить её полное подтверждение. Ещё хуже, когда с помощью громоздких и зачастую не очень грамотных математических выкладок, в основе которых лежат некие искусственно придуманные (как говорят, «спекулятивные», то есть «умозрительные») предположения и постулаты, не проверенные и не подтверждённые экспериментально, строят «теорию» с претензией на новое слово в науке. И сталкиваясь с критикой профессионалов, которые убедительно доказывают несостоятельность этих построений, они начинают обвинять учёных в консерватизме, ретроградстве или даже в «мафиозности». Однако настоящим учёным присущ строгий, критический подход к результатам и выводам, и прежде всего к своим собственным. Благодаря этому каждый шаг вперёд в науке сопровождается созданием достаточно прочного фундамента для дальнейшего продвижения по пути познания.

Великие учёные неоднократно отмечали, что верными показателями истинности теории служат её красота и логическая стройность. Под этими понятиями подразумевают, в частности, и то, насколько данная теория «вписывается» в существующие представления, согласуется с известным набором проверенных фактов и их сложившейся трактовкой. Это, однако, вовсе не значит, что в новой теории не должно быть неожиданных выводов или предсказаний. Как правило, всё обстоит как раз наоборот. Но если речь идёт о серьёзном вкладе в науку, то автор работы обязательно должен чётко проанализировать, как новый взгляд на проблему или новое объяснение наблюдаемых явлений соотносятся со всей существующей научной картиной мира. И если возникает противоречие между ними, исследователь должен честно заявить об этом, чтобы спокойно и непредвзято разобраться, нет ли ошибок в новых построениях, не противоречат ли они твёрдо установленным фактам, соотношениям и закономерностям. И только когда всестороннее изучение проблемы различными независимыми специалистами-профессионалами приводит к выводу об обоснованности и непротиворечивости новой концепции, можно всерьёз говорить о её праве на существование. Но даже в этом случае нельзя быть полностью уверенным, что именно она выражает истину.

Хорошей иллюстрацией к этому утверждению служит ситуация с Общей теорией относительности (ОТО). Со времени её создания А. Эйнштейном в 1916 году появилось множество других теорий пространства, времени и тяготения, которые отвечают критериям, упомянутым выше. Однако до последнего времени не появилось ни одного чётко установленного наблюдательного факта, который бы противоречил выводам и предсказаниям ОТО. Наоборот, все наблюдения и эксперименты её подтверждают или, во всяком случае, не противоречат ей. Отказываться от ОТО и заменять её какой-либо другой теорией пока нет оснований.

Что же касается современных теорий, использующих сложный математический аппарат, то всегда можно (конечно, при наличии соответствующей квалификации) проанализировать систему их исходных постулатов и её соответствие твердо установленным фактам, проверить логику построений и выводов, корректность математических преобразований. Настоящая научная теория всегда позволяет сделать оценки, которые можно измерить в наблюдениях или эксперименте, проверив справедливость теоретических выкладок. Другое дело, что такая проверка может оказаться чрезвычайно сложным мероприятием, требующим либо очень длительного времени и больших затрат, либо совершенно новой техники. Особенно сложна в этом отношении ситуация в астрономии, в частности в космологии, где речь идёт об экстремальных состояниях материи, нередко имевших место миллиарды лет назад. Поэтому во многих случаях экспериментальная проверка выводов и предсказаний различных космологических теорий остаётся делом неблизкого будущего. Тем не менее есть прекрасный пример того, как, казалось бы, весьма отвлечённая теория получила убедительнейшее подтверждение в астрофизических наблюдениях. Это история открытия так называемого реликтового излучения.

В 1930-х — 1940-х годах ряд астрофизиков, прежде всего наш соотечественник Г. Гамов, разработали «теорию горячей Вселенной», согласно которой от первоначальной эпохи эволюции расширяющейся Вселенной должно было остаться радиоизлучение, однородно заполняющее всё пространство современной наблюдаемой Вселенной. Это предсказание было практически забыто, и вспомнили о нём только в 1960-х годах, когда американские радиофизики случайно обнаружили присутствие радиоизлучения с предсказанными теорией характеристиками. Его интенсивность оказалась с весьма высокой точностью одинаковой во всех направлениях. При достигнутой позже более высокой точности измерений обнаружились её неоднородности, однако принципиально это описываемую картину почти не меняет (см. «Наука и жизнь» № 12, 1993 г.; № 5, 1994 г.; № 11, 2006 г.; № 6, 2009 г.). Обнаруженное излучение не могло случайно оказаться именно таким, как предсказывала «теория горячей Вселенной».

Здесь неоднократно упоминались наблюдения и эксперименты. Но сама постановка таких наблюдений и экспериментов, которые позволяют разобраться в том, какова в действительности природа тех либо иных явлений или процессов, выяснить, какая точка зрения или теория ближе к истине, представляет собой весьма и весьма непростую задачу. И в физике, и в астрономии довольно часто возникает, казалось бы, странный вопрос: что на самом деле измеряют при наблюдениях или в эксперименте, отражают ли результаты измерений значения и поведение именно тех величин, которые интересуют исследователей? Тут мы неизбежно сталкиваемся с проблемой взаимодействия теории и эксперимента. Эти две стороны научных исследований крепко связаны между собой. Скажем, трактовка результатов наблюдений так или иначе зависит от теоретических воззрений, которых придерживается исследователь. В истории науки неоднократно возникали ситуации, когда одинаковые результаты одних и тех же наблюдений (измерений) разные исследователи трактуют по-разному, поскольку их теоретические представления различны. Однако рано или поздно среди научного сообщества утверждалась единая концепция, справедливость которой доказывали убедительные эксперименты и логика.

Нередко измерения одной и той же величины разными группами исследователей дают разные результаты. В таких случаях необходимо разобраться, нет ли грубых ошибок в методике экспериментов, каковы погрешности измерений, возможны ли изменения характеристик изучаемого объекта, связанные с его природой, и т.д.

Конечно, в принципе возможны ситуации, когда наблюдения оказываются уникальными, поскольку наблюдатель столкнулся с очень редким природным явлением, и возможность повторить эти наблюдения в обозримом будущем практически отсутствует. Но и в подобных случаях легко увидеть разницу между серьёзным исследователем и человеком, занимающимся околонаучными спекуляциями. Настоящий учёный постарается уточнить все обстоятельства, при которых проведено наблюдение, разобраться в том, не могли ли привести к неожиданному результату какие-либо помехи или дефекты регистрирующей аппаратуры, не было ли увиденное следствием субъективного восприятия известных явлений. Он не будет спешить с сенсационными заявлениями об «открытии» и тут же строить фантастические гипотезы для объяснения наблюдавшегося явления.

Всё это имеет прямое отношение, прежде всего, к многочисленным сообщениям о наблюдениях НЛО. Да, никто всерьёз не отрицает, что в атмосфере порой наблюдаются удивительные, труднообъяснимые явления. (Правда, в подавляющем большинстве случаев не удаётся получить убедительные независимые подтверждения подобных сообщений.) Никто не отрицает и того, что в принципе возможно существование внеземной высокоразвитой разумной жизни, которая способна заняться изучением нашей планеты и имеет для этого мощные технические средства. Однако сегодня нет никаких достоверных научных данных, позволяющих всерьёз говорить о признаках существования внеземной разумной жизни. И это при том, что для её поисков неоднократно проводили специальные длительные радиоастрономические и астрофизические наблюдения, проблему подробнейшим образом изучали ведущие специалисты мира и неоднократно обсуждали на международных симпозиумах. Выдающийся наш астрофизик академик И. С. Шкловский много занимался этим вопросом и долго считал возможным обнаружить внеземную высокоразвитую цивилизацию. Но в конце жизни он пришёл к выводу, что земная разумная жизнь, быть может, очень редкое или даже уникальное явление и не исключено, что мы вообще одиноки во Вселенной. Безусловно, эту точку зрения нельзя считать истиной в последней инстанции, она может быть оспорена или опровергнута в дальнейшем, но для такого вывода у И. С. Шкловского были очень веские основания. Дело в том, что проведённый многими авторитетными учёными глубокий и комплексный анализ этой проблемы показывает, что уже на современном уровне развития науки и техники человечество с большой вероятностью должно было столкнуться с «космическими чудесами», то есть с физическими явлениями во Вселенной, имеющими чётко выраженное искусственное происхождение. Однако современные знания о фундаментальных законах природы и протекающих в соответствии с ними процессах в космосе позволяют с высокой степенью уверенности говорить, что регистрируемые излучения имеют исключительно естественное происхождение.

Любому здравомыслящему человеку покажется по меньшей мере странным, что «летающие тарелки» видят все желающие, но только не наблюдатели-профессионалы. Налицо явное противоречие между тем, что сегодня известно науке, и информацией, постоянно появляющейся в газетах, журналах и на телеэкранах. Это должно по крайней мере заставить задуматься всех, кто безоговорочно верит сообщениям о многократных посещениях Земли «космическими пришельцами».

Есть прекрасный пример того, насколько отношение астрономов к проблеме обнаружения внеземных цивилизаций отличается от позиций так называемых уфологов, пишущих и вещающих на подобные темы журналистов.

В 1967 году группа английских радиоастрономов совершила одно из крупнейших научных открытий XX века — обнаружила космические радиоисточники, излучающие строго периодические последовательности очень коротких импульсов. Эти источники впоследствии были названы пульсарами. Поскольку ранее никто ничего подобного не наблюдал, а проблема внеземных цивилизаций уже давно активно обсуждалась, у астрономов сразу же возникла мысль, что они обнаружили сигналы, посылаемые «братьями по разуму». Это неудивительно, поскольку тогда трудно было предположить, что в природе возможны естественные процессы, обеспечивающие столь малую длительность и такую строгую периодичность импульсов излучения, — она выдерживалась с точностью до ничтожных долей секунды!

Так вот, это был чуть ли не единственный случай в истории науки нашего времени (если не считать работ, имеющих оборонное значение), когда исследователи своё действительно сенсационное открытие несколько месяцев держали в строжайшем секрете! Те, кто знаком с миром современной науки, хорошо знают, насколько острым бывает соперничество между учёными за право называться первооткрывателями. Авторы работы, содержащей открытие или новый и важный результат, всегда стремятся как можно быстрее её опубликовать и не допустить, чтобы кто-то их опередил. А в случае с открытием пульсаров его авторы длительное время сознательно не сообщали об обнаруженном ими явлении. Спрашивается, почему? Да потому, что учёные считали себя обязанными самым внимательным образом разобраться, насколько обоснованно их предположение о внеземной цивилизации как источнике наблюдаемых сигналов. Они понимали, какие серьёзные последствия для науки и вообще для человечества может иметь обнаружение внеземных цивилизаций. И поэтому полагали необходимым, прежде чем заявлять об открытии, убедиться, что наблюдаемые импульсы излучения не могут быть вызваны никакими другими причинами, кроме сознательных действий внеземного разума. Тщательное изучение фенóмена привело к действительно крупнейшему открытию — был найден естественный процесс: у поверхности быстро вращающихся компактных объектов, нейтронных звёзд, при определённых условиях происходит генерация узконаправленных пучков излучения. Такой пучок, как луч прожектора, периодически попадает к наблюдателю. Таким образом, надежда на встречу с «братьями по разуму» в очередной раз не оправдалась (что, конечно, с определённой точки зрения, было огорчительно), но зато был сделан очень важный шаг в познании Природы. Нетрудно представить, какой шум поднялся бы в средствах массовой информации, если бы явление пульсаров обнаружили сегодня и первооткрыватели тут же неосторожно сообщили о возможном искусственном происхождении сигналов!

У журналистов в подобных случаях нередко наблюдается отсутствие профессионализма. Истинный профессионал должен предоставлять слово серьёзным учёным, настоящим специалистам, а свои собственные комментарии свести к минимуму.

Кое-кто из журналистов в ответ на нападки говорит, что «ортодоксальная», то есть официально признанная, наука слишком консервативна, не даёт пробиться новым, свежим идеям, в которых, возможно, как раз и содержится истина. И что вообще у нас плюрализм и свобода слова, позволяющие высказывать любые мнения. Звучит вроде бы убедительно, но по сути это просто демагогия. На самом же деле необходимо учить людей мыслить самостоятельно и делать свободный и осознанный выбор. А для этого, как минимум, нужно знакомить их с основными принципами научного, рационального подхода к действительности, с реальными результатами научных исследований и существующей научной картиной окружающего мира.

Наука — захватывающе интересное дело, в котором есть и красота, и взлёты человеческого духа, и свет истины. Только эта истина, как правило, не приходит сама по себе, как озарение, а добывается тяжёлым и упорным трудом. Зато и цена её очень высока. Наука — одна из тех замечательных сфер человеческой деятельности, где наиболее ярко проявляется творческий потенциал отдельных людей и всего человечества. Практически любой человек, посвятивший себя науке и честно служивший ей, может быть уверен: он свою жизнь прожил не зря.


Случайная статья


Другие статьи из рубрики «Трибуна ученого»