Роберт Криз - Призма и маятник. Десять самых красивых экспериментов в истории науки

• Название: Призма и маятник. Десять самых красивых экспериментов в истории науки
• Автор: Роберт Криз
• Жанр: Научпоп
• Год: 2014

Может ли наука быть красивой? Автор этой книги, известный философ и историк науки Роберт Криз, уверен, что именно красота делает научный эксперимент по-настоящему убедительным. «Призма и маятник» – это увлекательное научное путешествие длиной в 2500 лет: от первых опытов Эратосфена по измерению окружности Земли до последних открытий в области физики элементарных частиц. Детальное описание великих экспериментов поможет нам понять, как устроено мышление гениальных ученых, сумевших открыть и наглядно продемонстрировать нам фундаментальные основы мира, в котором мы живем.

---

«Самое прекрасное заключалось не в понимании того, что сила тяжести составляет 9,8 м/с2, но в убедительной демонстрации нам того, что очень простым способом и с помощью самого простого оборудования мы можем с достаточной точностью измерить наиболее важные физические величины».

Интерлюдия Сравнение Ньютона – Бетховена

Как-то Вернер Гейзенберг, закончив исполнение фортепианной сонаты Бетховена в кругу друзей, сказал, обращаясь к восхищенной аудитории: «Если бы меня не было, скорее всего, кто-нибудь другой сформулировал бы принцип неопределенности. Если бы не было Бетховена, никто бы не написал Тридцать вторую сонату»43.

Историк науки Бернард Коэн приводит замечание, приписываемое Эйнштейну: «Если бы не было Ньютона или Лейбница, все равно кто-нибудь изобрел бы дифференциальное исчисление, но, если бы не было Бетховена, у нас никогда бы не появилась Пятая симфония»44.

«Сравнение Ньютона – Бетховена», как его часто называют, довольно элегантным способом характеризует соотношение между естественными науками и искусством, из которого можно сделать интересные выводы относительно возможности существования красоты в науке. Традиционные аргументы противопоставляют науку и искусство друг другу, исходя из того, что научные открытия рано или поздно обязательно будут сделаны, чего нельзя сказать о произведениях искусства: им подобная неизбежность несвойственна. Источником данных аргументов служит убежденность в том, что структура мира, исследуемого наукой, заранее задана и задача ученых состоит в ее раскрытии. Социологи науки именуют такой подход «заполнением картины». Воображение, творческие способности, интересы правительств, социальные факторы могут так или иначе воздействовать на временны́е характеристики этого процесса – с какой скоростью и в каком порядке будут заполняться части картинки, – но они никак не могут изменить саму ее структуру. От художника, напротив, в полной мере зависит структура его творения.

Философ Иммануил Кант также противопоставлял ученых и художников, однако по другим критериям. По словам Канта, настоящего «гения» невозможно найти среди ученых, способных объяснить себе и другим причины и цели своей деятельности. Несмотря на распространенное возвеличивание некоторых из них, типа Ньютона, истинные «гении» существуют только среди людей искусства. Ученые могут научить своему труду других, деятели искусства же создают в самом прямом смысле слова оригинальные произведения, тайна творения которых неизвестна и непознаваема:

...

«Ньютон мог сделать совершенно наглядными и предназначенными для того, чтобы следовать им, все свои шаги от первых начал геометрии до своих великих и глубоких открытий, и не только самому себе, но и любому другому; между тем Гомер… не может сказать, как возникают и сочетаются в его сознании полные фантазии и вместе с тем глубокие идеи, потому что он сам этого не знает, а следовательно, и не может научить этому другого»45.

Возражая против подобного противопоставления, ученый Оуэн Джинджерич дал превосходное обоснование сходства, существующего между учеными и художниками. Ученые хотя бы отчасти лично ответственны за структуру своих теорий и далеко не все в их открытиях заранее предопределено природой. Ньютонова картина мира совсем не неизбежна, заявляет Джинджерич, потому что из других источников (таких, как, например, законы сохранения) могут быть получены альтернативные объяснения кеплеровских законов. Альтернативный подход Джинджерича подчеркивает роль воображения, индивидуального творчества, а следовательно, и исключительность открытий Ньютона:

...

«„Математические начала натуральной философии“ Ньютона – его личное достижение, благодаря которому он как творец может быть поставлен в один ряд с Бетховеном и Шекспиром».

Джинджерич предостерегает против далеко идущих аналогий в сравнении Ньютона и Бетховена:

...

«Синтез знания, представленный в крупной научной теории, не совсем то же самое, что и упорядочивание компонентов художественного произведения. Научная теория имеет свой объект в природе и может быть подвергнута экспериментальной проверке, дальнейшему развитию и фальсификации. Научные достижения могут быть вполне законным образом и зачастую даже обязательно преобразованы в другие тексты (кто, кроме историков, в настоящее время читает «Начала» Ньютона?) такими способами, которые для произведений искусства просто немыслимы. Ну и, наконец, прогресс в науке принципиальным образом отличается от прогресса в искусстве».

Тем не менее, заключает Джинджерич, внимательный анализ «сравнения Ньютона – Бетховена» – по сходству и по контрасту – дает нам «более тонкое и глубокое представление о природе научного творчества». И если Кант и традиционные взгляды не оставляют места для красоты в научных теориях, то Джинджерич это место ей возвращает46.

Французский философ и астрофизик Жан-Марк Леви-Леблон в мысленном эксперименте попытался вообразить, какой была бы теория относительности, если бы ее открыл не Эйнштейн. В результате он получил совершенно другую терминологию, символы и идеи по сравнению с теми, которые ассоциируются с данной теорией ныне47.

Если же мы от теории перейдем к экспериментам, то «сравнение Ньютона – Бетховена» приобретет еще одно измерение. Эксперимент часто рассматривается неспециалистами как почти автоматический процесс, подразумевающий минимум творчества.

С такой точки зрения эксперимент должен напоминать игровое шоу «Концентрация», которое демонстрировалось на канале NBC с 1958 по 1991 год.

Соревнующиеся должны были обнаружить и как-то интерпретировать то, что находилось по другую сторону стены, состоявшей из вращающихся блоков. В ходе игры блоки вращались по одному, открывая часть скрытой картины, представленной словами и символами, которую участники соревнования должны были разгадать. Блоки вращали находившиеся за кулисами рабочие – «экспериментаторы», которые использовали специальные механизмы. Этот механический процесс не представлял никакого интереса для участников шоу, обращавших внимание только на данные, появлявшиеся на стене.

Но любой реальный экспериментатор скажет, что такой взгляд на эксперимент абсолютно ложен. В хорошем эксперименте нет ничего автоматического и заранее заданного. Чтобы это понять, необходимо воспринимать эксперимент одновременно и как процесс, и как результат. Однако чтобы полностью понять то, что имеется в виду, нужно смотреть на эксперимент как на историю, почти как на человеческую биографию. В истории эксперимента, так же, как и в человеческой жизни, есть все: зачатие, беременность, рождение, рост и – при удачном стечении обстоятельств – зрелость. Для подобного процесса, несомненно, необходимо и то, что Кант называл гениальностью и для чего не существует никаких заранее заданных правил.

Кант был, бесспорно, прав в том, что стиль и традиция функционируют по-разному в науке и в искусстве. Эксперименты с призмой исторически восходят к Ньютону, эксперименты с точными измерениями – к Кавендишу, эксперименты с интерференцией света – к Юнгу, а эксперименты с рассеянием частиц – к Резерфорду. Историки, изучающие серии экспериментов, проводившиеся одним экспериментатором – к примеру, Фарадеем, Вольтой, Ньютоном или Франклином, часто могут определить характерные особенности исследования этими учеными того или иного феномена и разработки ими новых экспериментов для его понимания.

Тем не менее ни один эксперимент невозможно охарактеризовать как «Ньютонов» или «подражание Ньютону» в том же смысле, как живописное полотно может быть определено как принадлежащее Караваджо или кисти какого-нибудь подражателя Караваджо. Экспериментальная работа требует наличия несколько иного типа творческой изобретательности, которая, однако, также зависит от творческой способности человека и силы его воображения; она столь же непредсказуема и создает собственную традицию образцов путем открытия новых областей исследования.

Научное воображение отличается не меньшей дисциплинированностью, нежели художественное. Оно функционирует в рамках имеющихся в наличии ресурсов, теорий, продуктов, бюджета и персонала, организуя все перечисленное в некий процесс, позволяющий открыть нечто принципиально новое. Разумеется, никто не откажется от щедрого бюджета и высококлассных материалов! Однако воображение экспериментатора тем и отличается, что способно в малом находить преимущество. Как однажды заметил Гете: «Лишь в чувстве меры мастерство приметно» [5] . С этой точки зрения, сопоставление Ньютона и Бетховена приводит к выводу, что художники и ученые имеют больше сходства, чем различия, а это с несомненностью подтверждает, что красоте есть место и в науке.