Джон Уоллер - Правда и ложь в истории великих открытий

• Название: Правда и ложь в истории великих открытий
• Автор: Джон Уоллер
• Издательство: КоЛибри
• Жанр: Научпоп
• Год: 2011
• ISBN: 978-5-389-01444-2

В истории науки множество мифов. Их герои, великие ученые. — настоящие рыцари чести, бескорыстные, благородные, жертвующие во имя науки всем, что у них есть. Но насколько мифы соответствуют истине? Известный английский историк науки Джон Уоллер (р. 1972 г.) рассказывает, основываясь на исследованиях современных ученых, о том, как на самом деле совершались великие открытия. Перед читателем разворачиваются человеческие драмы, полные борьбы идей, амбиций, честолюбий, и эти драмы не менее увлекательны, чем самые необыкновенные мифы.

---

Некоторые из этих трудностей можно было учесть и принять во внимание при проведении расчетов. Обычно это касается той части смещения звезд, которая связана с механикой телескопов и фотографического оборудования. После получения количественной оценки этого воздействия, легче выделить поведение светового луча, идущего от интересующей нас звезды. Введение соответствующей коррекции требует как минимум шесть не меняющих своего положения звезд на каждом фотоснимке. В противном случае данных для проведения статистических расчетов будет не хватать. Ни одна из групп — ни та, что была в Бразилии, ни та, что была на острове Принсипи, — не могла отрицать, что их экспериментальный метод не свободен от ошибок, которые не удалось заранее определить, поэтому они так и останутся нераспознанными.

Чтобы дать представление о том, насколько серьезными были все эти проблемы, следует упомянуть, что в 1962 году намного лучше оснащенная группа британских ученых попыталась воспроизвести результаты, полученные Эддингтоном. После неудачной попытки они заявили, что этот метод слишком сложен. В свете трудностей, рассмотренных выше, такой вывод нельзя назвать неожиданным. Нобелевский лауреат Субраманьян Чандрасекар, с которым у Эддингтона был продолжительный и во многом личный научный спор, позднее заявил, что экспедиции 1918–1919 годов лишь отчасти были вызваны научным интересом. Он высказал предположение, что Эддингтон влез в это довольно бесперспективное дело, дабы избежать воинской службы в годы Первой мировой войны. До сих пор это заявление Чандрасекара никто не опроверг.

ВРЕМЯ РЕЗУЛЬТАТОВ

В долгожданные часы затмения группа, прибывшая в Собраль, смогла получить 19 фотографий с помощью своего астрографического телескопа и 8 фотографий — с помощью четырехдюймового телескопа. Группе Эддингтона на Принсипи помешала облачность — удалось получить только 16 снимков, из которых лишь два были пригодны для анализа. Группа в Собрале сумела получить очень четкие снимки с помощью четырехдюймового телескопа. Они позволили определить, что отклонение луча Солнцем происходит в диапазоне от 1,86 до 2,1 угловой секунды при среднем значении 1,98 угловой секунды. (Отметим, что Эйнштейн предсказывал величину порядка 1,7 угловой секунды.) Фотографии же, полученные с астрографа, были хуже, но 18 из них были использованы для расчета среднего угла отклонения, который получился равным 0,86 угловой секунды. Другими словами, один комплект фотографий дал результаты, близкие к расчетам Эйнштейна, а другой — величину, очень близкую к значению 0,8, которую дает теория Ньютона. К сожалению, одни значения оказались слишком большими, чтобы строго соответствовать общей теории относительности, а другие основывались на фотографиях плохого качества. Кроме того, каждый комплект фотографий содержал очень большую стандартную погрешность.

На основе фотографий приемлемого качества, полученных на острове Принсипи, Эддингтон рассчитал смещение луча, лежавшее в пределах от 1,31 до 1,91 угловой секунды. Однако качество этих фотографий оставляло желать лучшего, а математическая формула, которую он использовал для расчетов, сама по себе была не совсем корректна. Но как бы там ни было, две фотографии плохого качества, полученные группой Эддингтона, дали среднее значение 1,62 угловой секунды, что недопустимо меньше расчетной величины Эйнштейна.

Совершенно очевидно, что такое ненадежное и противоречивое доказательство не могло разрешить спор между двумя теориями. Достаточно вспомнить о турбулентности атмосферы. В условиях жаркого климата, в котором работали обе группы, имевшаяся турбулентность позволила бы зафиксировать только очень большое смещение света. Если бы обе группы измеряли отклонение лучей, проходящих по краю солнечного диска, то отклонение было бы достаточным для того, чтобы выделить воздействие турбулентности. Однако в 1919 году ближайшие к солнечному диску лучи не могли быть видны из-за солнечной короны, а видимые лучи должны были несколько отстоять от края солнечного диска. Следовательно, смещение света было столь незначительным, что наблюдаемое явление можно было бы смело отнести к воздействию турбулентности атмосферы. В какой-то мере обе группы это хорошо понимали. Поэтому в дискуссии, которая проходила после объявления результатов, полученных во время солнечного затмения, Эддингтон и его помощники признавались, что расчеты были ненадежными. Однако прошло всего несколько месяцев, и с кафедры королевского астронома было объявлено: теория Эйнштейна победила.

ВРЕМЯ ИНТЕРПРЕТАЦИИ

Экспедиции в Собраль и на Принсипи получили результаты, которые не могли однозначно подтвердить ни теорию Ньютона, ни теорию Эйнштейна. В своей книге «Физические основания общей теории относительности» (1972) британский астроном Деннис Скьяма объяснял, что пресловутые исследования солнечного затмения «очень трудно оценить… поскольку другие астрономы получали совершенно различные результаты при повторном рассмотрении одного и того же материала». В этом случае можно, не сомневаясь, объявлять победителем обе теории, хотя группе, работавшей в Собрале, могло показаться, что справедливее было бы объявить ничью. Однако произошло нечто совсем иное. Усилиями Эддингтона результаты, полученные во время солнечного затмения, были подвергнуты косметической операции таким образом, чтобы полностью соответствовать расчетам Эйнштейна. Без такой обработки результатов правоту Эйнштейна в 1919 году доказать бы не удалось.

Эддингтон начал с того, что подверг сомнению результаты, полученные в Собрале. Он заявил, что величины, измеренные с помощью астрографа, не дают, как это должно быть, случайного распределения вокруг некоторой точки. Вместо этого они находились ниже этой точки, что позволяло говорить о «систематической погрешности», позволившей искусственно занизить и само среднее значение. Без такой погрешности, размышлял он далее, результаты измерений собральской группы тоже находились бы у верхней границы значений, полученных Эйнштейном. Аргумент был убедителен, но беда Эддингтона заключалась в том, что он не доказал отсутствия такой ошибки в других данных. Отвечая на неприятные для себя вопросы, он ни разу не привел убедительных доказательств в пользу того, что в принятые им измерения не вкралась та же ошибка. Более того, Эддингтон для своего удобства полностью игнорировал тот факт, что фотографии, полученные собральской группой, были визуально намного безупречней его двух размытых изображений. Сомнения в надежности результатов, Кроммелина и Дэвидсона, могли быть вполне обоснованны, но при этом следует помнить, что качество фотографий, полученных самим Эддингтоном, было намного хуже. Как в 1923 году писал американский публицист У. Кэмпбелл:

Профессор Эддингтон намеренно придавал большее значение африканским снимкам, но поскольку изображения на его астрографических пластинах были худшего качества, чем те, что были получены в Бразилии, а последним практически не придавалось никакого значения, то логику всего происходившего понять невозможно.

Это весьма критическое отношение к предмету гордости любого британца. Отметим также, что две фотопластины Эддингтона содержали недостаточное количество изображений несмещающихся звезд, по отношению к которым рассчитывалась погрешность (таких звезд было пять вместо шести). Добавьте к этому большое среднеквадратичное отклонение в принятых им результатах (из-за чего все результаты были либо слишком большими, либо слишком маленькими), и вы поймете, почему Иэрман и Глаймур в своей опубликованной в 1980 году статье писали, что «изучавшие затмение экспедиции смогли бы подтвердить теорию [Эйнштейна] только в том случае, если бы исключили часть полученных результатов и игнорировали бы расхождения в оставшихся». Другими словами, теория Эйнштейна подтверждена не была.

Основной принцип стандартной модели научного метода звучит так: что теоретические расчеты не должны влиять на то, какие экспериментальные результаты следует использовать и какие нужно игнорировать. Но и в подходе Эддингтона, и в случаях с Луи Пастером и Робертом Милликеном теоретические и экспериментальные результаты становились взаимоподтверждающими. Эддингтон оценивал свои результаты по тому, насколько они соответствовали нравившимся ему теоретическим выкладкам. С одной стороны, особая значимость придавалась фотографиям, аппроксимация которых давала предсказанную Эйнштейном величину в 1,7 угловой секунды, а с другой — изобретались всякие надуманные причины, чтобы не рассматривать результаты, которые не укладывались в его теоретические представления. «Выкладки Эйнштейна не получили такого неопровержимого подтверждения, как представлялось ранее», — деликатно писал Скьяма в 1972 году. В отношении экспедиций по изучению солнечного затмения он заметил следующее: «Нельзя отделаться от впечатления, что, если бы участники экспедиции не знали, какие результаты следует ожидать, то их реальные результаты варьировались бы в более широком диапазоне». Или, как на заседании Королевского астрономического общества в 1919 году сказал американский физик польского происхождения Людвик Зильберштейн, «если бы нам не была известна теория Эйнштейна, то мы бы не могли сказать, что полученные данные свидетельствуют о справедливости закона отклонения света». Манипуляции с данными, допущенные Эддингтоном, столь серьезны, что трудно избавиться от такой крамольной мысли: если бы теории предсказывали противоположные значения — ньютоновская теория давала бы большие значения, а теория Эйнштейна маленькие, то Эддингтон отказался бы от своих фотографий как от слишком расплывчатых и с удовольствием бы воспользовался астрографическими снимками, полученными в Собрале.