Выбор направления

Законы в опытных науках в отличие от математики справедливы с той или иной вероятностью и с той или иной точностью. Если соотношение хорошо проверено на опыте, вероятность заметного отклонения от него ничтожно мала, и мы можем считать закон достоверным. Мы всегда понимаем достоверное как справедливое с вероятностью, близкой к единице.

Когда мы говорим, что хорошо установленная истина отличима от заблуждения, можно было бы добавлять: «с подавляющей вероятностью». Но приходилось бы делать это слишком часто. Говоря: «завтра наступит день», надо было бы добавить: «…если, конечно, Земля не столкнется с небесным телом или не будет взорвана инопланетянами, которых в последнее время многовато развелось». Вероятность того, что паровоз подпрыгнет и сойдет с рельсов в результате согласованных ударов молекул, сравнима с вероятностью подпрыгнувшего стакана, о которой говорил Смолуховский, - мы не считаемся с этим и спокойно садимся в вагон.

Здравый смысл, которым мы пользуемся в практической жизни, руководствуется разумной оценкой вероятности того или иного события.

Наш «психологический компьютер» - интуиция - мгновенно учитывает все возможные мотивы, условия и последствия действия. Прежде чем погладить незнакомую собаку, мы оцениваем ее настроение, рост и вес, смотрим, торчат или висят ее уши, виляет ли она хвостом или держится настороженно, действуем далее в соответствии с оценкой, и опасность быть покусанным составляет лишь 10-20 процентов.

Увидев в темной подворотне подозрительную личность, нетвердо стоящую на ногах, мы снова производим мгновенную операцию, учитываем, насколько глубоко он погружен в размышления, как держит равновесие; при определенном навыке можно даже оценить, что именно он пил - шампянское или сомнительный напиток под названием «Золотая осень», - потом мы ищем другую дорогу или спокойно проходим мимо.

Придя на рынок и увидев продавца, небрежно манипулирующего гирями и кривыми тарелками видавших виды весов, следует сделать хотя бы самую грубую оценку веса и стоимости покупки.

В одном случае «компьютер» спасает нам жизнь, в другом - уберегает от невыгодных поступков.

Здравый смысл и интуиция определяют выбор направления поисков. Прежде чем разрывать навозную кучу, надо оценить, сколько на это уйдет времени и какова вероятность того, что там есть жемчужина. Именно поэтому так мало серьезных ученых, занимающихся поисками крайне неожиданных явлений вроде телепатии. Неразумно прилагать большие усилия, если согласно интуитивной оценке вероятность удачи ничтожно мала. Ведь пока нет сколько-нибудь убедительных для ученого теоретических или экспериментальных указаний на само существование телепатии. Зато после первого же научного результата в эту область устремились бы громадные силы. Так и должна развиваться наука. Мы сознательно проходим мимо мест, где, может быть, и можно найти клад, и направляемся туда, где вероятность найти его, по нашей оценке, наибольшая. Иначе не хватит сил на продвижение вперед.

Интуитивная оценка вероятности успеха всегда субъективна и требует научного опыта. К сожалению, ничего лучшего для выбора разумного направления поисков, чем научные конференции, семинары и обсуждения со специалистами, придумать пока не удалось.

Вот краткое заключение наших рассуждений о научном методе исследования: схема научного познания выглядит так: эксперимент, правдоподобные предположения, гипотезы, теория - эксперимент - уточнение, проверка границ применимости теории, возникновение парадоксов, теория, интуиция, озарение - скачок - новые гипотезы и новая теория - и снова эксперимент-Научный метод, в основе которого лежит объективность, воспроизводимость, открытость новому, - великое завоевание человеческого разума. Этот метод развивался и совершенствовался и был отобран как самый рациональный - из требования минимума потерь времени и идей. Уже более трех веков наука руководствуется им, и при этом ничего не было загублено.

Неизбежный элемент любого развития - заблуждения, но научный метод придает науке устойчивость, заблуждения быстро устраняются силами самой науки.

Критики научного метода любят приводить исторические примеры заблуждений и давать рецепты, как можно было бы их избежать. Они уподобляются жене из старой одесской поговорки: «Я хотел бы быть таким умным, как моя жена потом».

Какими инструментами пользуется наука в процессе познания? Разумеется, прежде всего здравым смыслом и законами логики. Но, кроме вытекающих из этого и общих для всех сфер исследования методов, в естественных науках были развиты и проверены на опыте принципы, позволяющие избегать ошибок и быстрее приходить к цели. Некоторые из них мы уже упоминали, поговорим о них более подробно.

…красота - не прихоть полубога, А хищный глазомер простого столяра.

О. Мандельштам

Принцип причинности: причина предшествует следствию. Мы увидим, что причинность физических явлении действительно может быть проверена на опыте.

Любая теория должна удовлетворять принципу соответствия: переходить в предшествующую, менее общую теорию в тех условиях, в которых эта предшествующая была установлена. Этот принцип отражает преемственность науки, мы обсуждали его в предыдущем разделе.

Принцип наблюдаемости, который сыграл такую важную роль в становлении физики XX века: в науку должны вводиться только те утверждения, которые могут быть хотя бы мысленно, хотя бы в принципе проверены на опыте. Впрочем, как станет ясно, это требование нельзя применять без оговорок.

В трудный период становления квантовой механики, период мучительных споров, вызванных противоречием между вероятностным характером предсказаний новой теории и однозначной причинностью классической физики, Нильс Бор ввел принцип дополнительности, согласно которому некоторые понятия несовместимы и должны восприниматься только как дополняющие друг друга. Так, измерение координаты частицы делает неопределенным понятие скорости. Идея дополнительности позволяет понять и примирить такие противоположности, как физическая закономерность и целенаправленное развитие живых объектов.

Древние говорили: «Natura поп fecit saltis» («Природа не делает скачков»). Это означает, что величины, встречающиеся в природе, - непрерывные функции других величин. Скачки, которые возникают в теориях, - результат разумной идеализации процессов, в реальности скачки хоть мало, но заглажены. С этим характером физических функций связана целая область теоретической физики, которая изучает так называемые «аналитические свойства» физических величин.

Требование красоты научной теории, как мы увидим, также есть один из принципов познания. Одно из проявлений красоты в физике - свойства симметрии законов природы, например, неизменность уравнений электродинамики при переходе к движущейся системе координат или при изменении знака времени. Свойствам симметрии будет посвящена целая глава; мы увидим, что каждому типу симметрии соответствует свой закон сохранения.

Законы сохранения дают нам в руки могучий способ проверки правильности результатов - достаточно увидеть, что в предлагаемой теории нарушается хорошо установленная симметрия, как это тут же послужит основанием для серьезных сомнений в правильности теории. Так, закон сохранения энергии - следствие однородности времени - есть хорошо проверенное на опыте очень общее свойство природы. Когда мы сталкиваемся с нарушением закона сохранения энергии в какой-либо теоретической конструкции, мы считаем ее неверной. Это дало право Французской академии наук принять решение не рассматривать никаких проектов «вечного двигателя». В следующей главе в разделе «Секреты ремесла» мы увидим, как, пользуясь симметрией, можно сразу же обнаружить ошибку в рассуждениях.

Обсудим более внимательно принципы причинности, наблюдаемости и дополнительности.