Легенда о Галилее и Пизанской башне

 

Исследования, выполненные в парадигме естественной науки, весьма отличаются от исследований, выполненных в парадигме эмпирической науки. Сравним, например, как работали эмпирические предшественники Г. Менделя и сам основатель генетики, чья работа выполнена уже в естественнонаучной парадигме. К.Ф. Гэртнер осуществил более 10 тыс. опытов по скрещиванию растений, относящихся к 700 видам, и получил более 250 различных гибридных форм. В результате подобной деятельности ввиду противоречивости всех выделенных "эмпирических закономерностей" в среде биологов вообще возникли сомнения в реальности существования полов у растений.[406]Ш. Нодэн продвинулся дальше Гэртнера, сузив задачу своего исследования: надо изучать не все виды и их гибридные формы, а, наоборот, ограничиваться растениями только одного происхождения (но уж тогда, разумеется, использовать как можно больше конкретных индивидуумов) и во всех возможных модификациях. Он полагал, что так можно обнаружить какие-то законы, однако «законы, управляющие гибридностью у растений, варьируют от вида к виду и нельзя сделать заключение от одного гибрида по отношению к другому».[407]

А вот начал работу Г. Мендель. Первое – он поставил перед собой иную цель: установить «всеобщий закон образования и развития гибридов», поскольку «единство плана развития органической жизни стоит вне сомнений».[408]Поскольку, по определению, всеобщие законы никогда не могут быть доказаны экспериментально, то уже очевидно, что главное в замысле Менделя – не количество измерений, а логическая обоснованность полученных результатов. Второе – в течение двух лет он осуществлял отбор растительного материала для последующих опытов. Столько времени на сбор материала можно тратить только в том случае, если заранее определена исследовательская программа. Мендель выбирает для последующего размножения и гибридизации растения, у которых имеются устойчиво различающиеся признаки – такие, что существование потомков, обладающих этими признаками одновременно, логически невозможно (признаки-антагонисты). Это требование, предопределившее успех исследования, вытекает из цели: всё равно, какие растения исследовать, коли законы, по предположению, носят всеобщий характер, а, следовательно, лучше выбирать такие объекты для скрещивания, на которых наследование признаков от родительской пары будет проявляться эмпирически однозначно. Третье – в исследовании регистрируется наличие или отсутствие у растений признаков-антагонистов, присущих в разных комбинациях их родительской паре. Надеяться с помощью такой регистрации на открытие всеобщего закона – это явно или неявно предполагать дискретный характер наследования признаков, т.е. заведомо предполагать существование генов.

История открытия Г. Менделя является типичным примером, с помощью которого методологи науки демонстрируют тот тезис, который изначально стараются доказать. Вначале считали, что Мендель сформулировал свои законы только после получения эмпирических данных и лишь затем проверил их в дополнительных исследованиях. Теперь же большинство историков полагают такую последовательность событий невероятной и настаивают на том, что он уже на стадии планирования эксперимента с самого начала знал, что именно хочет получить. Они уверены что эмпирическим путём (путём накопления данных и их индуктивного обобщения) законы вообще не открывают (хотя при этом никто, разумеется, не отрицает, что сами эмпирические данные, конечно же, могут побуждать исследователей к угадыванию новых, ранее не приходивших в голову закономерностей). Они уверяют: законы генетики (как, впрочем, и любые иные законы) не могли быть получены в качестве непосредственного эмпирического обобщения. Либо Мендель изначально опирался на ещё весьма смутные догадки о законах наследования, и тогда для их вербализации эмпирическая фаза была необходимой. Или же он вообще до всякого опыта угадал вид генетических законов, и тогда он в своих исследованиях выступал как экспериментатор, лишь проверяющий свои гипотезы.

Вообще в истории естественной науки существует много легенд. Нас знакомят с ними еще в школе, они излагаются в популярных брошюрах, проповедуются в телепередачах и пр. Вот классическая легенда об открытии одного из самых первых естественнонаучных законов – закона о скорости свободного падения тел, связанного с именем Г. Галилея. (Подразумеваемые этой легендой мифы о естественной науке я буду выписывать в скобках).

Итак, Галилей, якобы, заинтересовался траекторией движения артиллерийского снаряда. Он долго наблюдал за этим движением и пришел к выводу, что одной из его составляющих было свободное падение.

(Отсюда миф: проблемы, которыми занимается естественная наука, направлены на решение актуальных практических задач. Поэтому даже в диссертационных исследованиях, посвященных вроде бы заведомо фундаментальным проблемам психологии, положено писать всякую лабуду об актуальности и практической значимости этих исследований ).

Исходя из наблюдений над предметами, скользящими по наклонной плоскости, Галилей приходит к выводу, что расстояние, проходимое телом при свободном падении, пропорционально квадрату времени свободного падения.

(Отсюда миф: ученый не измышляет законов, а обнаруживает их в фактах. Показательно: Гегель, который обычно никому, кроме себя, не верит, вдруг поверил Ньютону и, не разобравшись в сути того, о чем пишет величайший физик, даже назвал его "индуктивным ослом". Пожалуй, нужно быть таким "дедуктивным бараном", как Гегель, чтобы не заметить всю нелепость этого мифа. Представьте себе, говорит А.В. Юревич, что бы произошло, если бы Ньютон попытался открыть закон всемирного тяготения из индуктивных соображений, например, принятым в психологии способом – путем исчисления корреляций. Юревич цитирует К. Поппера: «Реальные яблоки никоим образом не являются ньютоновскими. Они обычно падают, когда дует ветер». И добавляет от себя: а также тогда, когда кто-то трясет яблоню. Именно эти два фактора, наверняка, оказались бы наиболее значительно коррелирующими с падением яблок, и Ньютону пришлось бы объяснить это явление силой ветра и силой человека, а не силой земного притяжения.[409])

Из формулы Галилея получается, что скорость падения зависит только от времени падения. Этот вывод, однако, находится в противоречии с положением Аристотеля о том, что скорость падения прямо пропорциональна массе падающего тела. Тогда для доказательства своего утверждения Галилей залезает на ставшую после этого знаменитой наклонную Пизанскую башню и сбрасывает с нее мушкетную пулю и пушечное ядро. Результат этого эксперимента окончательно доказал преимущество галилеевской физики над аристотелевской.

(Отсюда миф: при выборе из нескольких теорий решающее слово принадлежит эксперименту. Теории опровергаются или принимаются в зависимости от их способности выдерживать экспериментальную проверку. Этот миф полностью противоречит истории науки. В реальности ни одна теория не была опровергнута экспериментом. Да, иначе и быть не может: если у теории нет явных альтернатив, то опровергающие свидетельства не могут привести к отвержению теории. Теория, как уже говорилось, опровергается другими теориями, а не экспериментом).

Признаюсь теперь, что все рассказанное об открытии Галилеем закона свободного падения тел, скорее всего, абсолютно ложно, хотя точно реконструировать происходившие тогда события, конечно же, невозможно.

Прежде всего, признаемся, что ученому-естественнику предначертано решать загадки природы, а не выполнять военные или иные заказы. Вдохновение не продается (хотя, конечно, как провозглашал А.С. Пушкин, достигнутые результаты творческого труда продавать не зазорно). Правда, сам заказ иногда может стимулировать вдохновение (типичный пример – открытие Архимедом своего закона). В конце концов, творческие всходы не ведают стыда и не так важно – говаривала А. Ахматова, – из какого сора они произрастают. Внешняя ситуация вполне может быть поводом для раздумий. Но и только. Да, первые работы Галилея были связаны с задачами фортификации. Ну, и что? В чём при этом заключалась практическая ценность наблюдений за полетом снарядов? Весьма мало вероятно, даже невозможно, что пропорциональность пройденного пути квадрату времени свободного падения могла быть установлена в результате индуктивного обобщения данных. Всё, скорее всего, было наоборот. Галилей, предположил, что траектория движения брошенного под углом вверх тела описывается параболой. А вот далее для проверки справедливости сделанного предположения он и наблюдал за снарядом, выпущенным из пушки. А далее, уже опираясь на уже хорошо разработанные к тому времени математические конструкции, строго дедуктивно вывел свою формулу.

Вдохновение появляется только при столкновении с противоречием, с парадоксом – с несоответствием знания о мире, которое заведомо считается исследователем верным, с опытом, т.е. с кажущейся логической невозможностью существования того, что, тем не менее, существует. Т. Кун удачно назвал подобные задачи головоломками. Вот, например, как формулирует решаемую головоломку А. Эйнштейн в своей первой работе по специальной теории относительности: "Известно, что электродинамика Максвелла в современном ее виде приводит в применении к движущим телам к асимметрии, которая несвойственна, по-видимому, самим явлениям".[410]Трудно узреть в этой формулировке настроенность автора величайшей фундаментальной теории ХХ в. на решение каких-либо практических задач.

Для Галилея, как полагают некоторые комментаторы, исходной проблемной ситуацией была следующая. Галилей знал, что теория Аристотеля о падении тел ведет к противоречию. Допустим, в полном соответствии с обыденным опытом, что тяжелое тело падает быстрее легкого. Порассуждаем: что произойдет, если оба тела скрепить вместе? С одной стороны, более легкое тело должно замедлять свободное падение тяжелого, и поэтому вся связка должна падать медленнее, чем одно тяжелое тело. Но, с другой стороны, оба тела вместе тяжелее одного тяжелого тела, а потому эта связка должна падать быстрее. Противоречие разрешается, если допустить (вслед за Демокритом), что оба тела падают с одинаковой скоростью. Само по себе это рассуждение не является доказательством ошибочности теории Аристотеля. Не случайно сторонники данной теории не обращали особого внимания на это противоречие. Логика – это всего лишь логика, и разных логичных рассуждений может быть много. А вот за теорией Аристотеля стоит многократно подтвержденная эмпирика.

Многие современные комментаторы уверены: Галилей не сбрасывал предметов с Пизанской башни (рассказ об этом эксперименте один из учеников Галилея сделал настолько позже описываемых событий, что историкам трудно относиться к нему всерьез). С наклонных башен в Пизе и Болонье сбрасывали тяжелые и легкие шары Раньери и Риччоли. Они (как, кстати, и опыты Леонардо да Винчи, весьма точные для своего времени) как раз подтверждали «теорию» Аристотеля.[411]Да иначе и быть не могло! Ведь высказывание Галилея верно лишь при отсутствии сопротивления среды, чего в реальности, разумеется, не бывает. И Галилей заранее знал, что подобный опыт не может доказать его позицию.

Галилей же больше доверял логике (математике), чем опыту. Именно математическая гармония, полагал он, соответствует Божественной гармонии мира. Математическое знание, писал он в "Диалогах", равно по достоверности знанию Божественному. Поэтому теорема Аполлония о параболе для него более соответствует реальности, чем интерпретация результатов любых экспериментов. Но все-таки: почему же в опыте все выглядит иначе? На результат опыта влияет сила сопротивления среды, которая всегда присутствует в реальности. Как же можно эмпирически показать, что в отсутствии сопротивления среды теория Аристотеля не работает? Вот подлинная головоломка, которую решал Галилей!

И нашел решение. Его идея: хотя сопротивление среды никогда нельзя полностью исключить, но его можно уменьшить. Чем слабее будет сопротивление среды, тем результаты опыта должны быть ближе к его формуле. Так Галилей стал изучать движение тела по наклонной плоскости, разложив это движение на две составляющие: горизонтальное движение и свободное падение. Он полагал, что при небольшой скорости сопротивлением воздуха можно пренебречь, а если поверхности тела и наклонной плоскости сделать достаточно гладкими, то и трение тела о наклонную плоскость не будет играть заметной роли. В этих условиях он провел исследование и полагал, что получил экспериментальное подтверждение своих математических выкладок (хотя современные комментаторы и сомневаются в наличии у Галилея достаточных возможностей для необходимой в этих экспериментах точности измерения времени).

Подытожим путь, пройденный Галилеем в открытии закона свободного падения. Прежде всего, Галилей наблюдает и одновременно пытается постичь природу логическим (для него это значит – математическим) путем. Так он видит в движении летящего снаряда не просто красивую и загадочную кривую, но параболу (хотя ни одна реальная траектория, конечно же, не будет строгой параболой). Чисто математическим трюком выводит формулу свободного падения. До Возрождения на этом можно было бы остановиться. Скорее всего, ранее никому бы не пришло в голову проверять доказательство теоремы в опыте, ведь это только затемняет строгость рассуждения. Поясню эту мысль известным историческим анекдотом. Говорят, однажды Альберт Великий и его не менее великий ученик Фома Аквинский заспорили: есть ли глаза у слепого крота? Мимо спорящих проходил садовник. Он решил им помочь и предложил: давайте я выкопаю и принесу вам крота, вы посмотрите и разрешите свой спор. Да, ты что? – вскричали титаны мысли Средневековья. – Нас не интересует живой крот. Нам важно понять, есть ли принципиальные глаза у принципиального крота!

Теперь же настала другая эра. Леонардо объявляет только ту науку истинной, которая, во - первых, связана с математикой, а во - вторых: опыт не позволяет исследователям питаться лишь собственными сновидениями и "накладывает молчание на язык спорящих".[412]Галилей так высказывает эту же мысль: «Я допускаю, что выводы, сделанные абстрактным путем, оказываются в конкретных случаях далекими от действительности и столь неверными, что ни движение в поперечном направлении не будет равномерным, ни ускоренное движение при падении не будет соответствовать выведенной пропорции, ни линия, описываемая брошенным телом, не будет параболой и т.д. … Для научного трактования необходимо сперва сделать отвлеченные выводы, а сделав их, проверить в тех пределах, которые допускаются опытом».[413]

Только с понимания двойственной природы исследования, в котором необходимо сочетаются логика и опыт, и зачинается естественная наука. Отсюда возникает главное нормативное требование естественных наук: логические рассуждения должны быть проверены в опыте, а опытные наблюдения должны независимо обосновываться логическим путём. Ученый как бы пытается догадаться о правилах игры, по которым играет природа (что, собственно, и есть логическое описание), и проверить, правильно ли он догадался. Из высказанного требования вытекают, по существу, все методологические принципы естественных наук, провозглашаемые как методологами науки, так и самими представителями этих наук.