Что такое наука, и как она работает - Джеймс Цимринг

Осознавая потенциальную важность черепа, Сэлмонс передала его доктору Дарту, который поддержал ее энтузиазм и интерес. Дарт немедленно связался с горнодобывающей компанией и начал исследование других окаменелостей и черепов, найденных на месте добычи, что привело к открытию ранее неизвестного древнего вида гоминидов Australopithecus africanus, который жил в диапазоне 3 миллионов лет тому назад. Это открытие, названное некоторыми «недостающим звеном», поддержало дарвиновскую теорию эволюции. Для тех, кто не верил в «сотворение мира», это было еще одним свидетельством против всех утверждений, что существующая жизнь была создана точно такой, какая она есть сегодня. Случайная находка шахтера оказалась важным аргументом, имеющим отношение к фундаментальным научным гипотезам.

В 1964 году два ученых, работавших в AT&T Bell Labs в Нью-Джерси, Амо Пензиас и Роберт Уилсон, пытались обнаружить радиоволны, отраженные от двух сферических спутников, — эксперимент по отработке новой технологии. В процессе рутинной работы они пришли к выводу, что для обнаружения очень слабых сигналов им необходимо устранить весь фоновый шум и помехи от других источников. После кропотливых мер по устранению помех от местных радиостанций и незваных голубей, которые гнездились в тарелке приемника, Пензиас и Уилсон пришли к выводу, что существует слабый, но постоянный сигнал фонового шума, исходящий от источников, находящихся вне Земли; точнее, сигнал исходил извне нашей галактики и, казалось, был повсюду. Это, несомненно, разочаровало первооткрывателей с инженерной точки зрения, поскольку не существует способа устранить это фоновое излучение. Однако их открытие послужило фундаментальным фактом для научной оценки двух конкурирующих гипотез о возникновении Вселенной.

Теория Большого взрыва[269] постулировала, что Вселенная возникла в результате взрывного расширения материи из единственной сжатой точки. Напротив, теория устойчивого состояния утверждала, что Вселенная существовала всегда. Теория Большого взрыва предсказывает, что во Вселенной должно присутствовать остаточное излучение — в основном эхо, оставшееся от Большого взрыва. Теория устойчивого состояния не приводит к такому предсказанию. Таким образом, наблюдение фонового излучения по всей Вселенной подтвердило теорию Большого взрыва.

Шахтер на Бакстонской известковой шахте увидел череп, который, по его мнению, был интересным. Амо Пензиас и Роберт Уилсон были разочарованы тем, что не смогли устранить фоновое излучение, мешающее обнаруживать отраженные сигналы. Никто из них не проводил эксперимент для проверки гипотез как таковых, и все же их находки привели к проверке предсказаний фундаментальных научных гипотез, над которыми они не работали и о которых они, возможно, не знали. Подобные события случаются снова и снова именно из-за целостной природы знания — взаимосвязей нашей обширной сети убеждений во взаимосвязанной Вселенной. Это ничем не отличается от того, как если бы вы копали яму на заднем дворе, чтобы посадить новый куст черники, и наткнулись бы на мертвое тело, которое оказалось останками Джимми Хоффа[270]. Просто сажая куст, вы могли бы случайно получить данные для решения одной из загадок американской истории, но вы бы сделали это без малейшего намерения разгадывать загадку и, возможно, даже не зная, кем был Джимми Хоффа или что по поводу его судьбы есть какие-то вопросы.

Ученые часто проводят исследования с определенной целью и не достигают этой цели, но вместо этого им удается проверить предсказание посторонней гипотезы. Иногда это очевидно для ученых и совпадает с их научной специализацией, но во многих случаях они генерируют данные, проверяющие предсказание, о котором они никогда не слышали, пока не опубликуют свои выводы и кто-то другой не осознает их значение для другой области науки. Это не очень похоже на линейное и логичное описание научного метода, которое многие считают правдой. Наоборот, это больше похоже на случайный процесс, потому что это так и есть.

Идеи «единства» природы или целостного смысла Вселенной — взаимосвязанности всех вещей — чаще связаны с духовными системами верований и философией, чем с методологией науки. Тем не менее наше современное понимание науки гласит, что мир взаимосвязан, что нельзя выдвинуть гипотезу об одном, не выдвигая гипотезы о многих вещах и, вероятно, обо всех вещах, и что в конечном итоге мир состоит из ряда связанных сущностей и явлений.

На первый взгляд кажется, что наука идет вразрез с самой сущностью целостной Вселенной. Если природа действительно целостна, тогда ученые теряют ужасно много времени напрасно, разделяя этот единый целостный мир на все меньшие и меньшие части и разграничивая эти части как все более и более независимые вещи до такой степени, что можно подумать, будто весь мир природы рассортирован по разрозненным ящикам, между которыми нет никакой связи.

Биологи делят жизнь на таксономические области — на царства животных и растений, на типы, классы, отряды, семейства, роды и виды. Химики делят всю материю на таблицу элементов, состоящую из атомов, объединенных в соответствии с определенными правилами. Далее физики делят атомы на электроны, нейтроны и протоны. Протоны и нейтроны можно разделить на кварки. Считается, что электроны элементарны, но у них появляются новые свойства при взаимодействии с другой материей, в которой они проявляются как холоны, спиноны и орбитоны. Анатомы делят людей на органы, гистологи делят эти органы на части на основе клеток и типов клеток, а биохимики делят клетки на липиды, белки, нуклеиновые кислоты и углеводы. Даже психологи делят человеческий разум на составные части (например, Эго, Ид и Суперэго). И где же тут пресловутые целостность и единство?

Дробление мира на все меньшие и меньшие единицы — необходимый прием, по крайней мере в контексте научных методологий, для продвижения в понимании мира природы. Это не обязательное условие для других систем убеждений; иногда это может быть для них недопустимо и делает их бессмысленными. Однако наука в значительной степени интересуется причинными связями и взаимовлиянием разных сущностей. А чтобы изучать взаимовлияние сущностей, нужно сначала разделить их на категории.

Наука, как правило, целенаправленно изучает небольшие изолированные области мира природы, по одной за раз. В конце концов, наука пытается соединить отдельные части обратно в более широкую картину. Однако концентрация внимания на небольших изолированных областях — необходимая часть научного исследования. Причину этого можно найти в рамках целостной согласованности, как описано в главе 3. Любую гипотезу можно спасти от опровержения, предложив вспомогательные гипотезы и ненаблюдаемые сущности. Поэтому, чтобы добиться прогресса, необходимо выдвигать и проверять как можно больше вспомогательных гипотез, пытаясь выделить одну вещь, которую вы хотите проверить. Невозможно идеально выделить одну гипотезу, но, безусловно, контролируемым исследованием можно добиться намного большего, чем пассивным наблюдением неконтролируемого мира природы. Представьте, что вы пытаетесь собрать пазл из тысячи частей, но вместо того, чтобы сначала поработать над границей или каким-то фрагментом изображения, вам пришлось работать над всей головоломкой одновременно. Поскольку вы не можете сосредоточиться на взаимодействии отдельных частей, вы, вероятно, никогда не добьетесь успеха. Сосредоточившись на отдельных разделах, вы все равно будете допускать ошибки, поскольку некоторые детали сначала будут выглядеть так, как будто они собираются соответствовать друг другу, но потом окажется, что это не так. Другие детали не будут соответствовать друг другу, пока вы не повернете их, но в конечном итоге они встанут на свое место. Работая над обособленными частями головоломки, вы в конечном итоге сможете соединить маленькие детали вместе, чтобы собрать целую картину[271].