Машина знаний. Как неразумные идеи создали современную науку - Майкл Стревенс
Шрифт:
Интервал:
Закладка:
Теоретики, утверждающие, что наука «самокорректируется» – я цитировал по этому поводу Карла Поппера и Атула Гаванде в главе 2, – верят, что когда это действительно имеет значение, «плохие» данные в конце концов признаются таковыми. В некотором смысле именно это и произошло с фотографиями, сделанными с помощью бразильского телескопа: теперь, когда мы знаем, что Эйнштейн был прав (или, по крайней мере, более прав, чем Ньютон), мы можем оглянуться назад и сказать, что бразильский телескоп произвел неверные снимки. Но такое рассуждение возможно только потому, что научное сообщество уже сходится во мнении и поддерживает общую теорию относительности. Таким образом, поправки подобного рода не могут объяснить, как вообще происходит конвергенция.
Что же произошло в случае с общей теорией относительности и что имеет тенденцию происходить в науке в целом? Присмотревшись, мы увидим, что мнения сходятся не потому, что неверные данные исправлены, а потому, что они тонут в массиве более верных данных. После Эддингтона было сделано много исследований угла гравитационного искривления и проведено много других экспериментов, которые должны были подтвердить или опровергнуть теорию относительности. В результате этих исследований было получено огромное количество данных, соответствовавших концепции Эйнштейна лучше, чем теории Ньютона. Таким образом данные Эддингтона, верные или неверные, просто перестали иметь значение.
Итак, мы видим, что на протяжении десятилетий и даже столетий из полотна неуверенности и разногласий, которое и является основным материалом науки, снова и снова возникает согласие – при условии, что исследователи продолжают спорить и количество наблюдений продолжает расти.
Будучи написанными сэром Фрэнсисом Бэконом «Ромео и Джульетта» имели бы счастливый конец. Несмотря на все их соперничество, противоположные темпераменты, разные теоретические предпочтения и несопоставимые стандарты объяснения, профессора Монтекки и Капулетти, в конце концов, столкнулись бы друг с другом, вооруженные одной лишь тяжестью доказательств. Их диалог, строго выстроенный по железному правилу науки, будет строчка за строчкой, факт за фактом подчинять их волю миру и, таким образом, приводить их умы в полное согласие.
Две основные части моего объяснения неодолимой силы науки, моего вклада в Великий спор о методах теперь соединены вместе: железное правило как процедурный консенсус и бэконовская конвергенция, которую этот консенсус делает возможной. Но в этой истории есть и еще один элемент.
В 1887 году в подвале в Огайо Альберт Майкельсон и Эдвард Морли отправили в полет два луча света. Один луч двигался в том же направлении, что и Земля, вращающаяся вокруг Солнца; другой был направлен под прямым углом к первому. После прохождения одинаковых расстояний лучи отражались обратно к источнику и сравнивались. Если их формы при наложении не совпадали в точности, то это свидетельствовало о том, что одному из них потребовалось больше времени, чтобы пройти путь, чем другому, – именно этого ожидали Майкельсон и Морли. Цель состояла в том, чтобы измерить скорость, с которой Солнечная система движется через «эфир», невидимую субстанцию, которую физики XIX века считали носителем световых волн, подобно тому, как вода является носителем волн океана, а воздух – звуковых волн. Чем быстрее движение в эфире, тем медленнее общее время прохождения луча, движущегося по линии Земли, и тем больше расхождение между двумя наложенными лучами. Одним важным следствием такого измерения было бы, наконец, прямое доказательство существования эфира.
Этот эксперимент был непростым. Ожидалось, что расстояние, на которое один луч будет сдвинут относительно другого, будет порядка нескольких сотен нанометров. Малейшие вибрации – проезжающие мимо лошади или отдаленные раскаты грома – могли нарушить работу измерительного прибора. Именно поэтому он располагался в подвале и был установлен на огромном блоке песчаника, плавающем в корыте с ртутью (рис. 5.1). Вот почему Майкельсон посвятил целых десять лет созданию все более чувствительных механизмов для определения скорости света и в конце концов перенес нервный срыв – как предположил его коллега Морли.
Конечный результат был, как выразился Майкельсон, «решительно отрицательным»: эксперимент вообще не обнаружил никакого движения по отношению к эфиру. Какое-то время существовали разногласия и путаница как по поводу эфира, так и по поводу самой экспериментальной установки. Споры разрешил Эйнштейн, чья специальная теория относительности полностью отказалась от концепции эфира и объяснила именно то, что невольно заметили Майкельсон и Морли: скорость падающего света одинакова независимо от того, находитесь вы неподвижно по отношению к источнику света или движетесь на высокой скорости. Просуществовав двести славных лет, ньютоновская физика умерла, а искомое число действительно составило несколько сотен нанометров.
Рисунок 5.1. Прибор, который Майкельсон и Морли использовали для измерения скорости света в различных направлениях относительно направления движения Земли
Как вы уже видели, подход Эйнштейна к гравитации был проверен несколькими годами позже путем тщательного изучения таких же мельчайших деталей: в эксперименте Эддингтона с затмением было измерено смещение видимого положения звезд, равное примерно одной трети видимого диаметра Марса в его наименьшем размере. Спутник Gravity Probe B, также проверяющий общую теорию относительности, был разработан для того, чтобы улавливать расхождения примерно в 0,00001 градуса в год. Ньютоновская и эйнштейновская физики рассказывают совершенно разные истории о структуре Вселенной. Но чтобы увидеть, какая из них правильная, нужно произвести множество невероятно кропотливых крошечных измерений.
Тот факт, что секреты Вселенной кроются в мельчайших структурах, в почти неразличимых деталях, в узорах, которые могут обнаружить только самые чувствительные, хрупкие и дорогие инструменты, – настолько важен, что заслуживает отдельного названия. Я называю его тихоническим принципом в честь датского астронома XVI века Тихо Браге, который, работая незадолго до изобретения телескопа, был последним из величайших астрономов, работавших «невооруженным глазом», используя секстанты и квадранты для определения положения звезд и движения планет с точностью до 0,02 градуса. Чтобы достичь этого уровня точности, Тихо построил обсерваторию под названием Стьернеборг («замок звезд») полностью в цокольном этаже, стремясь, как Майкельсон и Морли, укрыться от неточностей, вызванных суматохой и шумом внешнего мира (рис. 5.2).
Тихонический принцип справедлив не только в фундаментальной физике и не только в количественных деталях. Чтобы раскрыть тонкости биологической наследственности и эволюции или того, как многоклеточные организмы развиваются и растут из эмбрионов, исследователи должны тщательно изучить сложные причинно-следственные структуры на микроскопическом уровне. Аналогичное внимание к точным цифрам и продуманным связям требуется от нейробиологов, геологов и археологов, от создателей моделей в климатологии и экономике и, хотя и в несколько иной степени, от антропологов и социологов.
Позвольте мне проверить ваше воображение необычной мыслью: тихонический принцип не обязательно должен быть истинным. Мы могли бы жить во Вселенной, где фундаментальные законы
