Що таке наука?

Світлої пам’яті чудової, рідкісної людини і фізикаЮрія

Володимировича Гапонова.

Всім більш-менш освіченим людям, які закінчили принаймні середню школу, відомо, що, наприклад, астрономія — одна з найцікавіших і найважливіших наук про природу. Але коли вимовляють слово «наука», передбачається, що всі однаково розуміють, про що йде мова. А чи так це насправді?

Науковий підхід до явищ і процесів навколишнього світу — це ціла система поглядів і уявлень, вироблених за тисячоліття розвитку людської думки, певний світогляд, в основі якого лежить осмислення взаємозв’язків Природи і людини. І є нагальна потреба сформулювати доступною, по можливості, мовою міркування з даного приводу.

Потреба ця сьогодні різко зросла у зв’язку з тим, що в останні роки і навіть десятиліття поняття «наука» у свідомості багатьох людей виявилося розмитим і неясним через величезну кількість теле- і радіопередач, публікацій в газетах і журналах про «досягнення» астрології, екстрасенсорики, уфології та інших видів окультного «знання». Між тим, з точки зору переважної більшості людей, які займаються серйозними науковими дослідженнями, жоден з названих видів «знань» не може вважатися наукою. На чому ж заснований справжній науковий підхід до вивчення навколишнього світу?

Перш за все, він базується на величезному людському досвіді, на повсякденній практиці спостережень і взаємодії з предметами, природними явищами і процесами. Як приклад можна послатися на добре відому історію відкриття закону всесвітнього тяжіння. Вивчаючи дані спостережень і вимірювань, Ньютон припустив, що Земля служить джерелом сили тяжіння, пропорційною її масі і назад пропорційною квадрату відстані від її центру. Потім це припущення, яке можна назвати науковою гіпотезою (науковою тому, що вона узагальнювала дані вимірювань і спостережень), він застосував для пояснення руху Місяця по круговій орбіті навколо Землі. Виявилося, що висунута гіпотеза добре узгоджується з відомими даними про рух Місяця. Це означало, що вона з великою ймовірністю вірна, оскільки добре пояснювала як поведінку різних предметів поблизу поверхні Землі, так і рух віддаленого небесного тіла. Потім, після необхідних уточнень і додавань, цю гіпотезу, яку вже можна вважати науковою теорією (оскільки вона пояснювала досить широкий клас явищ), застосували для пояснення спостережуваного руху планет Сонячної системи. І з’ясувалося, що рух планет узгоджується з теорією Ньютона. Тут вже можна говорити про закон, якому підпорядковується рух земних і небесних тіл в межах величезних відстаней від Землі. Особливо переконливою стала історія відкриття «на кінчику пера» восьмої планети Сонячної системи — Нептуна. Закон тяжіння дозволив передбачити її існування, розрахувати орбіту і вказати місце на небі, де її слід було шукати. І астроном Галле виявив Нептун на відстані 56’від передвиченого місця!

За такою ж схемою розвивається будь-яка наука взагалі. По-перше, вивчаються дані спостережень і вимірювань, потім робляться спроби систематизувати, узагальнити їх і висунути гіпотезу, що пояснює отримані результати. Якщо гіпотеза хоча б в істотних рисах пояснює наявні дані, можна очікувати, що вона передбачить ще не вивчені явища. Перевірка цих розрахунків і передбачень у спостереженнях і експериментах — дуже сильний засіб з’ясувати, чи вірна гіпотеза. Якщо вона отримує підтвердження, то може вже вважатися науковою теорією, оскільки абсолютно неймовірно, щоб передбачення і розрахунки, отримані на основі невірної гіпотези, випадково збіглися б з результатами спостережень і вимірювань. Адже такі передбачення зазвичай несуть нову, часто несподівану інформацію, яку, як кажуть, навмисне не придумаєш. Однак, часто гіпотеза не підтверджується. Отже, потрібно продовжувати пошуки і розробляти інші гіпотези. Такий звичайний важкий шлях у науці.

По-друге, не менш важлива характерна риса наукового підходу — можливість багаторазово і незалежно перевірити будь-які результати і теорії. Так, наприклад, будь-хто може дослідити закон всесвітнього тяжіння, самостійно вивчивши дані спостережень і вимірювань або виконавши їх заново.

По-третє, щоб всерйоз говорити про науку, потрібно оволодіти сумою знань і методів, якими володіє наукова спільнота до теперішнього моменту, потрібно освоїти логіку методів, теорій, висновків, прийняту в науковому середовищі. Звичайно, може виявитися, що когось вона не влаштовує (а взагалі, досягнуте наукою на кожному етапі ніколи повністю не влаштовує справжніх вчених), але щоб висловлювати претензії або критикувати, потрібно, як мінімум, добре розібратися в тому, що вже зроблено. Якщо вдасться переконливо довести, що даний підхід, метод або логіка призводять до невірних висновків, внутрішньо суперечливі, і натомість цього запропонувати щось краще — честь вам і хвала! Але розмова повинна йти тільки на рівні доказів, а не голослівних тверджень. Правоту повинні підтвердити результати спостережень і експериментів, можливо нових і незвичайних, але переконливих для професійних дослідників.

Є ще одна дуже важлива ознака справжнього наукового підходу. Це чесність і неупередженість дослідника. Поняття ці, звичайно, досить тонкі, не так-то просто дати їм чітке визначення, оскільки вони пов’язані з «людським фактором». Але без цих якостей вчених справжньої науки не буває.

Припустимо, у вас виникла ідея, гіпотеза або навіть теорія. І тут з’являється сильна спокуса, наприклад, підібрати такий набір фактів, які підтверджують вашу ідею або, у всякому разі, не суперечать їй. А результати, які їй суперечать, відкинути, зробивши вигляд, що ви про них не знаєте. Буває, що йдуть ще далі, «підганяючи» результати спостережень або експериментів під бажану гіпотезу і намагаючись зобразити її повне підтвердження. Ще гірше, коли за допомогою громіздких і часто не дуже грамотних математичних викладок, в основі яких лежать якісь штучно придумані (як кажуть, «спекулятивні», тобто «умоглядні») припущення і постулати, не перевірені і не підтверджені експериментально, будують «теорію» з претензією на нове слово в науці. І стикаючись з критикою професіоналів, які переконливо доводять неспроможність цих побудов, вони починають звинувачувати вчених в консерватизмі, ретроградстві або навіть в «мафіозності». Однак справжнім вченим притаманний суворий, критичний підхід до результатів і висновків, і насамперед до своїх власних. Завдяки цьому кожен крок вперед у науці супроводжується створенням досить міцного фундаменту для подальшого просування шляхом пізнання.

Великі вчені неодноразово відзначали, що вірними показниками істинності теорії служать її краса і логічна стрункість. Під цими поняттями мають на увазі, зокрема, і те, наскільки ця теорія «вписується» в існуючі уявлення, узгоджується з відомим набором перевірених фактів і їх сформованим трактуванням. Це, однак, зовсім не означає, що в новій теорії не повинно бути несподіваних висновків або передбачень. Як правило, все йде якраз навпаки. Але якщо мова йде про серйозний внесок у науку, то автор роботи обов’язково повинен чітко проаналізувати, як новий погляд на проблему або нове пояснення спостережуваних явищ співвідносяться з усією існуючою науковою картиною світу. І якщо виникає суперечність між ними, дослідник повинен чесно заявити про це, щоб спокійно і неупереджено розібратися, чи немає помилок у нових побудовах, чи не суперечать вони твердо встановленим фактам, співвідношенням і закономірностям. І тільки коли всебічне вивчення проблеми різними незалежними фахівцями-професіоналами призводить до висновку про обґрунтованість і непротиворечивість нової концепції, можна всерйоз говорити про її право на існування. Але навіть у цьому випадку не можна бути повністю впевненим, що саме вона висловлює правду.

Гарною ілюстрацією до цього твердження служить ситуація із Загальною теорією відносності (ОТГ). З часу її створення А. Ейнштейном в 1916 році з’явилося безліч інших теорій простору, часу і тяжіння, які відповідають критеріям, згаданим вище. Однак до останнього часу не з’явилося жодного чітко встановленого спостережного факту, який би суперечив висновкам і передбаченням ОТГ. Навпаки, всі спостереження і експерименти її підтверджують або, у всякому разі, не суперечать їй. Відмовлятися від ОТГ і замінювати її якоюсь іншою теорією поки немає підстав.

Що ж стосується сучасних теорій, що використовують складний математичний апарат, то завжди можна (звичайно, при наявності відповідної кваліфікації) проаналізувати систему їх вихідних постулатів і її відповідність твердо встановленим фактам, перевірити логіку побудов і висновків, коректність математичних перетворень. Справжня наукова теорія завжди дозволяє зробити оцінки, які можна виміряти в спостереженнях або експерименті, перевіривши справедливість теоретичних викладок. Інша справа, що така перевірка може виявитися надзвичайно складним заходом, що вимагає або дуже тривалого часу і великих витрат, або абсолютно нової техніки. Особливо складна в цьому відношенні ситуація в астрономії, зокрема в космології, де мова йде про екстремальні стани матерії, що нерідко мали місце мільярди років тому. Тому в багатьох випадках експериментальна перевірка висновків і передбачень різних космологічних теорій залишається справою неблизького майбутнього. Проте є чудовий приклад того, як, здавалося б, дуже відверта теорія отримала переконливе підтвердження в астрофізичних спостереженнях. Це історія відкриття так званого реліктового випромінювання.

У 1930-х — 1940-х роках кілька астрофізиків, насамперед наш співвітчизник Г. Гамов, розробили «теорію гарячого Всесвіту», згідно з якою від первісної епохи еволюції Всесвіту, що розширюється, повинно було залишитися радіовипромінювання, що однорідно заповнює весь простір сучасного спостережуваного Всесвіту. Це передбачення було практично забуто, і згадали про нього тільки в 1960-х роках, коли американські радіофізики випадково виявили присутність радіовипромінювання з передбаченими теорією характеристиками. Його інтенсивність виявилася з досить високою точністю однаковою у всіх напрямках. При досягнутій пізніше більш високій точності вимірювань виявилися її неоднорідності, проте принципово це описувану картину майже не змінює (див. «Наука і життя» № 12, 1993 р.; № 5, 1994 р.; № 11, 2006 р.; № 6, 2009 р.). Виявлене випромінювання не могло випадково виявитися саме таким, як передбачала «теорія гарячого Всесвіту».

Тут неодноразово згадувалися спостереження та експерименти. Але сама постановка таких спостережень і експериментів, які дозволяють розібратися в тому, яка насправді природа тих чи інших явищ або процесів, з’ясувати, яка точка зору або теорія ближче до істини, являє собою вельми і вельми непросте завдання. І у фізиці, і в астрономії досить часто виникає, здавалося б, дивне питання: що насправді вимірюють при спостереженнях або в експерименті, чи відображають результати вимірювань значення і поведінку саме тих величин, які цікавлять дослідників? Тут ми неминуче стикаємося з проблемою взаємодії теорії та експерименту. Ці дві сторони наукових досліджень міцно пов’язані між собою. Скажімо, трактування результатів спостережень так чи інакше залежить від теоретичних поглядів, яких дотримується дослідник. В історії науки неодноразово виникали ситуації, коли однакові результати одних і тих же спостережень (вимірювань) різні дослідники трактують по-різному, оскільки їх теоретичні уявлення різні. Однак рано чи пізно серед наукового співтовариства затверджувалася єдина концепція, справедливість якої доводили переконливі експерименти і логіка.

Нерідко вимірювання однієї і тієї ж величини різними групами дослідників дають різні результати. У таких випадках необхідно розібратися, чи немає грубих помилок в методиці експериментів, які похибки вимірювань, чи можливі зміни характеристик об’єкта, що вивчається, пов’язані з його природою, і т. д.

Звичайно, в принципі можливі ситуації, коли спостереження виявляються унікальними, оскільки спостерігач зіткнувся з дуже рідкісним природним явищем, і можливість повторити ці спостереження в осяжному майбутньому практично відсутня. Але і в подібних випадках легко побачити різницю між серйозним дослідником і людиною, що займається навколонауковими спекуляціями. Справжній вчений постарається уточнити всі обставини, за яких проведено спостереження, розібратися в тому, чи не могли призвести до несподіваного результату будь-які перешкоди або дефекти реєструючої апаратури, чи не було побачене наслідком суб’єктивного сприйняття відомих явищ. Він не буде поспішати з сенсаційними заявами про «відкриття» і тут же будувати фантастичні гіпотези для пояснення явища.

Все це має пряме відношення, насамперед, до численних повідомлень про спостереження НЛО. Так, ніхто всерйоз не заперечує, що в атмосфері часом спостерігаються дивовижні, важкоз’ясовні явища. (Правда, в переважній більшості випадків не вдається отримати переконливі незалежні підтвердження подібних повідомлень.) Ніхто не заперечує і того, що в принципі можливе існування позаземного високорозвиненого розумного життя, яке здатне зайнятися вивченням нашої планети і має для цього потужні технічні засоби. Однак сьогодні немає ніяких достовірних наукових даних, що дозволяють всерйоз говорити про ознаки існування позаземного розумного життя. І це при тому, що для її пошуків неодноразово проводили спеціальні тривалі радіоастрономічні та астрофізичні спостереження, проблему детальним чином вивчали провідні фахівці світу і неодноразово обговорювали на міжнародних симпозіумах. Видатний наш астрофізик академік І. С. Шкловський багато займався цим питанням і довго вважав за можливе виявити позаземну високорозвинену цивілізацію. Але в кінці життя він дійшов висновку, що земне розумне життя, можливо, дуже рідкісне або навіть унікальне явище і не виключено, що ми взагалі самотні у Всесвіті. Безумовно, цю точку зору не можна вважати істиною в останній інстанції, вона може бути оскаржена або спростована надалі, але для такого висновку у І. С. Шкловського були дуже вагомі підстави. Справа в тому, що проведений багатьма авторитетними вченими глибокий і комплексний аналіз цієї проблеми показує, що вже на сучасному рівні розвитку науки і техніки людство з великою ймовірністю повинно було зіткнутися з «космічними чудесами», тобто з фізичними явищами у Всесвіті, що мають чітко виражене штучне походження. Однак сучасні знання про фундаментальні закони природи і процеси в космосі, що протікають відповідно до них, дозволяють з високим ступенем впевненості говорити, що реєстровані випромінювання мають виключно природне походження.

Будь-якій розсудливій людині здасться, щонайменше, дивним, що «літаючі тарілки» бачать всі бажаючі, але тільки не спостерігачі-професіонали. Очевидна суперечність між тим, що сьогодні відомо науці, і інформацією, що постійно з’являється в газетах, журналах і на телеекранах. Це повинно, принаймні, змусити задуматися всіх, хто беззастережно вірить повідомленням про багаторазові відвідини Землі «космічними прибульцями».

Є прекрасний приклад того, наскільки ставлення астрономів до проблеми виявлення позаземних цивілізацій відрізняється від позицій так званих уфологів, які пишуть і мовлять на подібні теми журналістів.

У 1967 році група англійських радіоастрономів здійснила одне з найбільших наукових відкриттів XX століття — виявила космічні радіоісточники, що випромінюють строго періодичні послідовності дуже коротких імпульсів. Ці джерела згодом були названі пульсарами. Оскільки раніше ніхто нічого подібного не спостерігав, а проблема позаземних цивілізацій вже давно активно обговорювалася, у астрономів відразу ж виникла думка, що вони виявили сигнали, що посилаються «братами по розуму». Це не дивно, оскільки тоді важко було припустити, що в природі можливі природні процеси, що забезпечують настільки малу тривалість і таку сувору періодичність імпульсів випромінювання, — вона витримувалася з точністю до нікчемних часток секунди!

Так от, це був чи не єдиний випадок в історії науки нашого часу (якщо не брати до уваги робіт, що мають оборонне значення), коли дослідники своє дійсно сенсаційне відкриття кілька місяців тримали в найсуворішому секреті! Ті, хто знайомий зі світом сучасної науки, добре знають, наскільки гострим буває суперництво між вченими за право називатися першовідкривачами. Автори роботи, що містить відкриття або новий і важливий результат, завжди прагнуть якомога швидше її опублікувати і не допустити, щоб хтось їх випередив. А у випадку з відкриттям пульсарів його автори тривалий час свідомо не повідомляли про виявлене ними явище. Питається, чому? Та тому, що вчені вважали себе обов’язковими уважно розібратися, наскільки обґрунтовано їхнє припущення про позаземну цивілізацію як джерело спостережуваних сигналів. Вони розуміли, які серйозні наслідки для науки і взагалі для людства може мати виявлення позаземних цивілізацій. І тому вважали за необхідне, перш ніж заявляти про відкриття, переконатися, що спостережувані імпульси випромінювання не можуть бути викликані жодними іншими причинами, крім свідомих дій позаземного розуму. Ретельне вивчення феномена призвело до дійсно найбільшого відкриття — був знайдений природний процес: біля поверхні компактних об’єктів, нейтронних зірок, за певних умов відбувається генерація вузькоспрямованих пучків випромінювання. Такий пучок, як промінь прожектора, періодично потрапляє до спостерігача. Таким чином, надія на зустріч з «братами по розуму» в черговий раз не виправдалася (що, звичайно, з певної точки зору, було засмучено), але зате був зроблений дуже важливий крок у пізнанні Природи. Неважко уявити, який шум піднявся б у засобах масової інформації, якби явище пульсарів виявили сьогодні і першовідкривачі тут же необережно повідомили про можливе штучне походження сигналів!

У журналістів у подібних випадках нерідко спостерігається відсутність професіоналізму. Справжній професіонал повинен надавати слово серйозним вченим, справжнім фахівцям, а свої власні коментарі звести до мінімуму.

Дехто з журналістів у відповідь на нападки каже, що «ортодоксальна», тобто офіційно визнана, наука занадто консервативна, не дає пробитися новим, свіжим ідеям, в яких, можливо, якраз і міститься істина. І що взагалі у нас плюралізм і свобода слова, що дозволяють висловлювати будь-які думки. Звучить начебто переконливо, але по суті це просто демагогія. Насправді ж необхідно вчити людей мислити самостійно і робити вільний і усвідомлений вибір. А для цього, як мінімум, потрібно знайомити їх з основними принципами наукового, раціонального підходу до дійсності, з реальними результатами наукових досліджень і існуючою науковою картиною навколишнього світу.

Наука — захоплююча цікава справа, в якій є і краса, і злети людського духу, і світло істини. Тільки ця правда, як правило, не приходить сама по собі, як осяяння, а здобувається важкою і наполегливою працею. Зате і ціна її дуже висока. Наука — одна з тих чудових сфер людської діяльності, де найбільш яскраво проявляється творчий потенціал окремих людей і всього людства. Практично будь-яка людина, яка присвятила себе науці і чесно служила їй, може бути впевнена: він своє життя прожив не дарма.