Мозаика науки

Зеленеют поля, колосятся ячмень и рожь, живут в радости египтяне и воздают хвалу богам за богатые урожаи. Откуда было знать египтянам, распевающим хвалебные песни в храмах и подносящим к жертвенникам дары, что вскоре обрушатся на них великие бедствия — засуха и мор? Сочла Тефнут, богиня дождя, что египтяне больше почитают и восхваляют лучезарного бога Ра, и помрачнела в тот же миг. Ведь под знойными лучами не взойдёт ничего без её дождей! Но на эти слова бог солнечного света ответил, что ошибается Тефнут. Люди провели оросительные каналы вдоль реки, возвели дамбы и плотины, и если нет дождя — сами дают так необходимую влагу своим полям. Но как бы они обошлись без его лучей? Разгневалась богиня от таких слов и покинула Та-Кемет, бросилась бежать, обратившись в львицу и содрогнув горы яростным рыком.

Пересохла земля под продолжавшим палить знойным солнцем, обмелели каналы, пожелтела трава и захирели поля, увяли деревья и скрючились ветки, на которых ещё вчера наливались сладостным соком плоды. Налетевший из пустыни огнедышащий ветер пригнал тучи раскалённого песка, покрывшего сады, огороды, крыши. Вглядывались люди в небо, но отвечало оно им бездонной, безнадёжной голубизной. А солнечные лучи жгли всё сильней, и вскоре пошла молва об ужасной вести: пересох Нил. Пошёл тогда Ра в Золотой Чертог, земной дворец богов, и призвал к себе лунного бога Тота, коль славен он был своей мудростью, да приказал ему привести Тефнут из Нубийской пустыни. Обратился Тот в павиана, отправился в путь, нашёл беглянку, лестью и хитростью, красноречием своим утихомирил капризную богиню. Вернулась она в Та-Кемет и совершила торжественное шествие по городам. Возликовали жители и устроили пир в честь богини дождя, вновь зазеленели поля, заколосились ячмень и рожь.

Как и в любом мифе, в мифе о бегстве Тефнут в Нубийскую пустыню [1], в честь которой праздновался «день полноты Нила», силы природы персонифицированы в виде чувственно-наглядных образов. Характерной чертой мифа являлось описание явлений природы и культуры в конкретных эмоциональных, поэтических образах, метафорах, в которых силы природы одушевлены через придание им человеческих черт.

В мифе природа и человек, объективное и субъективное не имеют чёткого разделения. Миф — целостное миропонимание, в котором различные представления увязаны в единую образную картину мира, насыщенную художественными метафорами. В «объяснении» мира миф выступает как неделимая, универсальная форма «знания». Но он выполняет далеко не только «объяснительную» функцию, а в целом отражает уклад конкретного общества и его систему ценностей. С течением времени мифологическое миропонимание постепенно уходит с исторической арены. Сейчас многие люди могут считать, что научное мышление противоположно мифу и ему не находится места в современном технологическом мире. Но можно ли в полной мере утверждать такое? В каком отношении находятся между собой миф и технология?

«Пошаговая наука»

В Древнем Египте практическая необходимость выполнения землемерных работ дала толчок развитию техник, позволяющих решать некоторые геометрические задачи. Ежегодный разлив Нила приводил к затоплению земли, возделываемой в долине реки, принося с собой плодородный ил. Неизменно смываемые границы дорог и возделываемых участков необходимо было восстанавливать, а непригодные к дальнейшему использованию участки земли — непосредственно измерять, что было важно для определения налога. Эти и другие задачи, не только из области земледелия, решали с помощью методов землемерия — геометрии.

Измерения площадей гарпедонапты (буквально — «натягиватели верёвки») проводили с помощью разделённой на двенадцать частей верёвки и построенного по ней эталона, у которого расстояние каждой части равнялось «локтю» — одной из трёх используемых в Древнем Египте единиц длины. В случае возведения сооружения и решения сопутствующей задачи по определению площади участка поступали следующим образом. Сперва откладывали отрезок длиной в четыре части по направлению север-юг (его можно определить, проследив за изменением длины отбрасываемой любым предметом тени). Натянув верёвку так, что её оставшийся кусок делился на отрезки, равные трём и пяти частям, получали треугольник, одна из сторон которого оказывалась направлена по параллели Земли, что позволяло получить в будущем строении хорошую освещённость. Треугольник с таким соотношением сторон и использовали как эталон. Осознавали ли египтяне, что он имеет не что иное, как прямой угол, и в основе их метода лежит теорема, обратная теореме Пифагора? Задумывались ли о том, что используемый ими метод требует какого-то иного обоснования, кроме непосредственной демонстрации возможности решения ряда практических задач?

Ежегодный разлив Нила приводил к затоплению земли, возделываемой в долине реки, принося с собой плодородный ил. Неизменно смываемые границы дорог и возделываемых участков необходимо было восстанавливать, а непригодные к дальнейшему использованию участки земли -- непосредственно измерять, что было важно для определения налога. Эти и другие задачи, не только из области земледелия, решали с помощью методов землемерия -- геометрии. Измерения площадей гарпедонапты (буквально -- «натягиватели верёвки») проводили с помощью разделённой на двенадцать частей верёвки и построенного по ней эталона.

Жрецу, проводящему религиозный ритуал в ночное время, нужно было знать ход времени. Для этого могла использоваться клепсидра — водяные часы. Но не всякий сосуд подойдёт для таких часов, поскольку уровень воды должен падать с одинаковой скоростью (к примеру, в какой-нибудь бочке он падает тем медленнее, чем больше вытекло воды). В качестве такого сосуда мог использоваться усечённый конус, дающий приближённое к равномерному падение уровня, которое достигается, если форма сосуда — параболоид вращения. В технологическом подходе мастер мог начать с сосуда произвольной формы и сравнить полученный результат с эталоном. Далее раз за разом менять форму сосуда, вновь сравнивать, пока в результате таких итераций не будет получен сосуд приемлемой формы. Сейчас же точную форму может определить любой, имеющий представление об уравнении Бернулли; требуемая форма клепсидры, разливы рек, движение планет — следствие действия одной из фундаментальных сил природы — гравитации. Здесь, как и в случае гарпедонаптов, для конкретной практической задачи находилось решение, но этот подход не являлся научным.

В Вавилоне необходимость решения практических задач также дала толчок развитию различных областей знаний. Обработка астрономических наблюдений для различных нужд управления и сельского хозяйства, торговых путешествий по воде и суше, составления календарей выполнялась средствами арифметики, которые позволяли решать и геометрические задачи. Они установили продолжительность лунного месяца, цикл повторения последовательности лунных затмений, умели прогнозировать разливы рек. Но эта развитая астрономия наравне с другими областями являлась инструментом для удовлетворения определённых нужд; как и в Древнем Египте, где для решения конкретной практической задачи выполняли установленную ранее последовательность действий, вавилоняне также последовательно применяли ряд правил. В дошедших до нас клинописных практических руководствах, написанных на глиняных таблицах, содержится описание шагов, которые необходимо предпринять для достижения результата: сперва сделай а), потом б), в итоге получишь в). И вавилоняне, и египтяне опытным путём находили цепочку действий, которые нужно было выполнить для получения требуемого результата. Такая практическая астрономия, практические геометрия и алгебра, складывавшиеся, подобно любому ремеслу, как постепенный набор эффективных правил, были не строгими дисциплинами, а не чем иным, как технологией. Как дисциплины они получили развитие позже того, как египетский гарпедонапт измерял участки или вавилонский астроном высчитывал дату следующего затмения. Можно сказать, что рецепты являлись частными случаями математических теорем, но при технологическом подходе не сложились в нечто целое, и, что более существенно, в таком подходе не было того научного зерна, когда «общую природу» стали бы искать у различных явлений.

Египет, Вавилон, подаривший человечеству бумагу, компас и порох Китай — во многих древних цивилизациях была развитая для того времени технология, но она не породила науку. Технология, на первый взгляд противоречащая мифу, в реальности аналогична ему своей «полнотой» и самодостаточностью; и миф, и технология видят себя завершёнными. Люди передают друг другу миф не для объяснения — последнее требуется в том случае, если явления воспринимаются не как обыденные, а как неестественные. Восход Солнца, дуновение ветра, разлив Нила до такой степени привычны и самоочевидны, что не заставляют задаться вопросом об обуславливающих их механизмах. Необходимости выхода за рамки «объяснения», даваемого в мифе, нет. Он завершён и самодостаточен. В технологическом подходе все решаемые задачи на одно лицо, поскольку конечной целью является эффективность, и она же является в нём единственным мерилом истины. Он замкнут, в нём нет необходимости выхода за свои пределы, необходимости взглянуть на себя со стороны. Технология, казалось бы, противоположная мифу, на самом деле ему не противоречит и при своём развитии может быть абсорбирована мифологической картиной мира.

От мифа к теории

Если на «заре цивилизации» технология развивалась как интуитивное установление пригодных на практике рецептов, то сегодня она также является непосредственным плодом науки, однако её повсеместное распространение само по себе не является достаточным условием для формирования рационального мышления (для этого нужны отдельные меры, а в данный момент просветительских усилий, всё же имеющих в обществе место, явно для этого недостаточно). Вклад науки в технологию, на первый взгляд, незаметен, и она порой воспринимается как нечто практически бесполезное. Её возникновение не является чем-то неизбежным, как показала история, а общество, по-видимому, может существовать и используя технологию, формирующуюся сугубо опытным путём. Конечно, люди, повседневная жизнь которых существенно облегчена всевозможными техническими устройствами и приспособлениями, неявно могут осознавать, что их создание стало возможным благодаря развитию науки, но в том всё и дело, что она может восприниматься мифологически. Принимая во внимание отношение между мифом и технологией, невольно со скепсисом видятся опросы, показывающие большое доверие к науке в обществе. Люди, отметившиеся в опросах как сторонники науки, столкнувшись, к примеру, с выводом о несостоятельности акупунктуры, безвредности излучения мобильных телефонов или продуктов питания, улучшенных методами генной инженерии, могут назвать такую науку неправильной, учёных — проплаченными и так далее. В то время как известные требования доказать безопасность, потому что нет долговременных исследований, методологически являются ссылкой на проблему индукции. Однако такой подход уместен в том случае, когда об обсуждаемом предмете нет никаких знаний и неизвестны принципы его устройства, а именно они позволяют давать чёткие и определённые выводы по рассматриваемым вопросам.

Конечно, люди, повседневная жизнь которых существенно облегчена всевозможными техническими устройствами и приспособлениями, неявно могут осознавать, что их создание стало возможным благодаря развитию науки, но в том всё и дело, что она может восприниматься мифологически.

Распространено представление, что наука устроена по схеме «выдвижение гипотез → экспериментальная проверка», причём гипотезы должны быть обязательно фальсифицируемы. Но действительно ли она не выходит за пределы рецептурных приёмов и подобна технологии? Представьте себе следующую схему: любая теория является неопровержимой, а новые эмпирические данные включаются в них за счёт переопределения (изменения) и расширения исходных посылок. Это не значит, что так реально дело и обстоит, но далеко не всегда эксперимент позволит сделать выбор в пользу одной из группы теорий — скорее, ситуации, когда это возможно, являются исключительными и относятся к естественным наукам в случае простых объектов исследования. Существенную роль в процессе формирования теорий играют и другие методологические принципы, которые вкупе с накапливающимися эмпирическими данными приводят к их разрешению между собой и всё большей их жёсткости, что можно увидеть на некоторых исторических примерах.

В Древней Греции, где, по современным представлениям, возникла наука (несмотря на то, что технология не получила там сильного развития), происходит существенное изменение в подходе к объяснению природы. Вопрос о первоначале вещей у натурфилософов сменяется на вопрос о первопричине, о том, что сохраняется неизменным во всех превращениях предметов друг в друга. Так, Фалес из Милета вводит понятие «архэ» и считает, что им является вода, указывая на её необходимость для жизни и видимый переход между агрегатными состояниями, которые не похожи друг на друга, но при этом вода как общее начало остаётся в них неизменной. В словах Аристотеля: «Всё из воды, говорит он, и в воду всё разлагается. Заключает он [об этом], во-первых, из того, что начало (архэ) всех животных — сперма, а она влажная; так и все [вещи], вероятно, берут [своё] начало из влаги. Во-вторых, из того, что все растения влагой питаются и [от влаги] плодоносят, а лишенные [её] засыхают. В-третьих, из того, что и сам огонь Солнца и звёзд питается водными испарениями, равно как и сам космос» [2]. Такое предположение может показаться странным и неочевидным, но принципиальным является то, что натурфилософы пытаются найти не мифологическое «объяснение» вещей, а делают совершенно другое — пытаются понять, согласно чему происходит взаимный переход вещей друг в друга, что остаётся в их процессе неизменным. Миф повествовал о том, кто или что породило всё сущее, место мифологического порождения в науке занимает причина.

Получают развитие и космологические представления, но всё ещё остаются мифологическими. Так, последователи Пифагора выдвинули так называемую пироцентрическую систему мира [3], в которой шарообразная Земля и различные небесные тела, включая Солнце, движутся по сферам вокруг «центрального огня». Например, в системе мира, предложенной Филолаем, вокруг него располагаются десять сфер — сфера невидимой людям Противоземли, затем сферы Земли, Луны, Солнца, пяти планет (под ними, видимо, следует понимать Меркурий, Венеру, Марс, Юпитер, Сатурн) и, наконец, сфера неподвижных звёзд. Таинственную Противоземлю ввели в систему лишь для того, чтобы общее число сфер было равно десяти — священному числу пифагорейцев.

До самого Средневековья общепринятой была геоцентрическая космология Птолемея, в которой вокруг Земли обращаются Солнце и все известные планеты. Возможно, доводы наблюдений в пользу гелиоцентрической модели могли игнорироваться в силу ряда господствующих в то время представлений, но для нашего повествования важно то, что для описания видимого движения планет использовался подход эпициклов и деферентов. Небесное тело описывает путь, очерчиваемый точкой на малой окружности, эпицикле, когда её центр движется по другой, большей окружности — деференту. Направления движения по малой и большой окружности для одних тел совпадали, для других происходили в обратных направлениях. Однако это не позволяло до конца объяснить неравномерное движение тел. Подход приходилось усложнять, делать движение неравномерным или вводить дополнительные эпициклы, создавая некую матрёшку: тело движется по окружности, центр которой движется по другой окружности, центр второй окружности сам движется по третьей окружности. Возможно, с помощью сложной системы вычислений в таком подходе и можно достичь удовлетворительной точности, но сам он противоречив и не содержит объяснения, почему движение происходит именно таким образом, то есть является не чем иным, как моделью. На модели зачастую смотрят с некоторой прохладой, так как важно понимание не только того, что с помощью ряда математических приёмов можно описать имеющиеся данные, но и того, откуда следует, что вид используемых математических выражений такой, какой есть, и как так получается, что они вообще позволяют что-то считать. Сам же подобный инструментальный подход напоминает технологический, который, взятый сам по себе, научным не является.

Кеплер, несмотря на установление соотношений для описания движения планет, лучше согласующихся с данными наблюдений, чем в подходе с использованием эпициклов, не стремился объяснить эти и другие явления, исходя из общих принципов. Например, хотя он считал, что приливы и отливы вызваны действием небесных тел, и заметил, что они связаны с движением Луны, полагал, что этой «небесной причиной является магнетизм», но не мог определить, как спутник Земли оказывает влияние на таком расстоянии, и «объяснял» приливы и отливы «связью Луны с водой». Такое объяснение близко к мифологическому, и хотя получены более точные соотношения, сам подход не аксиоматический, в нём была построена модель.

Присущее науке стремление объяснять явления как следствие некоторых общих принципов демонстрируют правила из третьей книги «Начал» — «О системе мира», первые из которых выражают не что иное, как принцип простоты, и звучат следующим образом [4]:

«Правило I. Не должно принимать в природе иных причин сверх тех, которые истинны и достаточны для объяснения явлений».

«Правило II. Поэтому, поскольку возможно, должно приписывать те же причины того же рода проявлениям природы».

Минуло более двух сотен лет с момента обнародования Ньютоном «Математических начал натуральной философии». Данные наблюдений свидетельствовали: теория адекватно описывает движение подавляющего большинства объектов Солнечной системы, но в бочке мёда нашлась и ложка дёгтя. Одно из расхождений было выявлено в значении для скорости поворота оси орбиты Меркурия. В гравитационном поле Солнца одиночная планета двигалась бы по неподвижному эллипсу, но действие других планет приводит к тому, что этот эллипс медленно поворачивается. Наблюдаемая прецессия происходила быстрее на 43 угловых секунды в столетие, чем следовало из теории Ньютона.

Однако мысль не стоит на месте: геометрическая теория поля, разработанная Альбертом Эйнштейном, даёт для прецессии орбиты Меркурия совпадающее с наблюдаемым значение, и противоречие, на первый взгляд, разрешается. Но объяснение задним числом, как сказали бы сегодня, не сочли весомым доводом в пользу нового подхода. Поэтому в 1919 г. снаряжают экспедиции в Бразилию и на остров в Гвинейском заливе для наблюдения солнечных затмений. Из новой теории следует, что действию гравитации подвержен и свет, поэтому его траектория в вакууме может быть отличной от прямолинейной. Чтобы эффект был сколько-нибудь значителен, используют естественный инструмент — Солнце, а так как проходящий вблизи него свет от далёких звёзд по интенсивности ничтожен по сравнению с солнечным, в качестве заслонки используют Луну — ещё один естественный инструмент. Астрономы отмечают положение звёзд за полгода до затмения, а во время его наступления определяют их смещение, которое возникло из-за искривления траекторий лучей под действием гравитации Солнца. И вот исследование проведено, и вскоре по миру идёт будоражащая новость: в опыте получено значение, в пределах погрешности совпадающее с даваемым теорией Эйнштейна [5]. Не по этой ли причине последняя и получила вес, который имеет сегодня? Многие бы так и сказали, но в действительности всё было иначе.

Во-первых, сам результат эксперимента с затмением был воспринят с недоверием. Где гарантия, что во время измерений с интервалом в шесть месяцев все используемые инструменты будут настроены одинаково? Или что все поправки для учёта искажающих факторов сделаны должным образом? Экспериментаторы знали следующий из теории результат до начала эксперимента. Не может ли это привести к тому, что в таком случае невольно начинаешь тасовать данные, пока на выходе не будет получено нужное значение? Например, в случае тестирования медицинских препаратов не только формируются контрольные и плацебо-группы, но также само исследование проводится вслепую — персонал не знает, дают ли они участникам исследования сам препарат, пустышку и так далее. Ожидания персонала неявно сказываются на поведении (даже если они всеми силами пытаются вести себя так, будто не ожидают скорого выздоровления/ухудшения состояния и пытаются быть непредвзятыми), что влияет на пациентов и искажает результаты исследования, но при слепом методе этот фактор можно исключить. В случае физических экспериментов исследователи также могут невольно и неосознанно искажать результаты, и, как показала история, такие случаи имели место. Как стало ясно в дальнейшем, эксперимент с затмением оказался чист, но в отношении его результатов научное сообщество в то время испытывало закономерный скепсис.

Во-вторых, объяснение дополнительной прецессии орбиты Меркурия сделано задним числом, как уже отмечалось выше. Считается, что теоретические построения можно подогнать и описать все опытные данные; как следствие, их объяснение не является верификацией теории. Однако на самом деле сделать подобное весьма нелегко, и тем сложнее, чем выше жёсткость теории. Теория гравитации Эйнштейна в этом отношении лучше ньютоновской. В последней, несмотря на аксиоматический подход, есть некоторый произвол. Вместо минус второй степени для расстояния в соотношении для силы между парой тел можно выбрать и другую, для минус второй нет никакой «внутренней причины» (это следствие того, что из аксиом движения должна была следовать справедливость соотношений, полученных Кеплером), и при таком изменении теория остаётся работоспособной. Прецессию орбиты Меркурия пытались объяснить, как раз модифицируя соотношение — двойку меняли на чуть большее число или прибавляли ещё один член, который убывал как куб или четвёртая степень расстояния, или вводя экспоненциальное убывание. Однако тогда будет получено расхождение для других планет, а также теория будет давать неадекватно большую силу притяжения для тел на близком расстоянии. Подчеркнём здесь следующее: при такой модификации она остаётся работоспособной, но это не позволяет описать все опытные данные; этот пример демонстрирует несправедливость тезиса о возможности лёгкой подгонки теорий.

Для медленно движущихся тел в слабом гравитационном поле из теории Эйнштейна следует, что сила убывает пропорционально второй степени расстояния. Также из неё следует, что в случае малых тел действующая сила пропорциональна их массе и только массе, для чего в теории Ньютона опять же нет никакой внутренней причины. А получить другие зависимости возможно, лишь изменив фундаментальные положения теории. Можно утверждать, что большая жёсткость была куда более весомым аргументом, чем объяснение прецессии орбиты Меркурия и эксперимент по отклонению света звёзд в гравитационном поле Солнца. Другими словами, существенным оказывается не что иное, как принцип красоты, который в этом конкретном случае означает следующее: теория не только согласуется с эмпирическими данными, но и имеет причины, почему её структура такая, какая есть, а зачастую попросту и не может быть иной. В заключение для данного примера отметим, что сам физик-теоретик развивал новый подход по другой причине (не для объяснения аномальной прецессии) — разработанная ранее специальная теория относительности была построена, чтобы согласовываться с системой уравнений Максвелла, но была совсем не дружна с классической теорией гравитации, так как в последней сила действует по принципу дальнодействия в один и тот же момент времени, а в специальной теории относительности (СТО) нет абсолютной одновременности.

История о другом, но и о том же

В то время как общая теория относительности (ОТО) властвует над обширными просторами космоса, квантовая механика имеет дело с малыми объектами и поразительно хороша в объяснении свойств атомов и молекул. И хотя последняя имеет совершенно иную историю развития, заслуживающую отдельного повествования, плодом этой истории начала XX века и научных изысканий множества физиков того времени стала теория, которая в каком-то смысле родственна ОТО. Если в различных моделях можно менять параметры, хотя бы в принципе, как вам угодно, а модификацию строгой теории выполнить уже проблематично, то при попытке изменения квантовой механики возникают сложности не того вида, когда теория даёт менее точные прогнозы экспериментов, а внутренние противоречия и нефизические значения для наблюдаемых величин. Не исключено, что невозможно построить теорию, которая давала бы такие же или близкие прогнозы (в пределах точности современных экспериментальных методов и приборов), но не встречала упомянутых сложностей. Схожая вещь есть и в квантовой электродинамике, которая начиналась с учёта требований СТО к квантовомеханическому подходу, и сразу же согласовалась с рядом экспериментов, но встретила одну сложность: попытка учесть специфическую поправку к энергии атома, которая следовала из теории, давала бесконечный результат. После ряда неудач в борьбе с возникающей бесконечностью дело, казалось, было заброшено, но измеренный экспериментально [6] Уиллисом Лэмбом сдвиг уровней атома водорода дал толчок к развитию теоретических представлений. В результате был разработан подход, в котором в ходе вычислений возникают другие формальные бесконечности, но в целом сокращающие друг друга, что даёт на выходе физически осмысленный результат. Теории, где этот подход решает проблему, относятся к классу перенормируемых. «Рабочая версия» квантовой электродинамики, разумеется, входит в этот класс, но модификации приводят к тому, что перенормировка становится невозможной, и на выходе теория даёт нефизический результат. И здесь мы не находим мягкотелости, свойственной моделям, а имеем внутреннее объяснение, почему теория такая, какая есть.

Этому же нас учит и «кварковая история». Если в XIX веке было известно всего три элементарные частицы — электрон, протон, фотон, то к середине XX века были найдены уже сотни элементарных частиц, и число всё продолжало расти. Большая доля адронов, участвующих только в сильном взаимодействии частиц, естественным образом приводила к предположению, что они «составные», то есть образованы из других частиц, а не являются элементарными. Выдвинутая гипотеза такого характера увенчалась успехом и оказалась плодотворной.

Каждый кварк и антикварк помимо «стандартных» для частиц характеристик имеет ещё одну, называемую цветом. Кварки разных цветов входят в состав любого бариона таким образом, что они оказываются «бесцветны». Однако согласно правилу конфайнмента («невылетания цвета»), кварк нельзя получить в свободном состоянии (сила притяжения между кварками растёт с увеличением расстояния). Не относится ли тогда такой подход в худшем случае к категории удобных математических фокусов или в лучшем к тому роду приёмов, с помощью которых Кеплер описал движение планет? Экспериментально разделить «бесцветные» адроны на цветные кварки не удавалось, однако никто не сомневался в их реальности. Существенным и здесь явился принцип простоты, поскольку в таком подходе удалось разложить по полочкам весь «бестиарий частиц», а также все частицы, существование которых следовало из этого подхода, были в итоге обнаружены. Гипотеза кварков не только не породила ничего лишнего, но и развитая теория сильного взаимодействия, квантовая хромодинамика, позволила вычислить различные характеристики адронов. В дальнейшем ряд экспериментов позволил косвенно «нащупать» кварки [7], но главное в этой истории то, что в реальные частицы их записали до этих экспериментов, поскольку весомы были другие свидетельства.

В данный момент квантовая хромодинамика является частью Стандартной модели, самой настоящей вишенки на торте в рассказе о том, как с помощью ряда принципов, фундаментальных симметрий, объясняется множество явлений. Симметрией обладают крылья бабочки, шар обладает симметрией, то есть переходит сам в себя относительно любого поворота вокруг центральной точки. Но в случае теорий речь идёт не о внешних геометрических симметриях, а о внутренних симметриях, преобразованиях, которые не изменяют вида уравнений теории, то есть при которых законы сохраняют свою форму. Стандартная модель позволяет объяснить множество явлений, исходя из ряда фундаментальных симметрий, а вкупе с ОТО описывает массу физических явлений, но, естественно, не все, что позволяет считать их частью некой более общей и грандиозной теории и заставляет многие умы пытаться проложить путь ещё дальше.

Собирая мозаику

Выполнить соответствующую модификацию теории, чтобы описать все эмпирические данные, как минимум возможно далеко не во всех случаях, а само изменение теории может оказаться весьма нелёгкой задачей. Вряд ли кто-то рискнёт назвать такой шаг простым: чтобы убрать малое расхождение в прецессии орбиты Меркурия между наблюдаемой величиной и следуемой из теории Ньютона, последнюю надо «подогнать» до ОТО. Теории могут и вовсе «противиться насилию», нельзя переделать ту же квантовую механику, не получив какую-нибудь нелепую отрицательную вероятность. Это касается не только физических теорий. Эволюция имеет различные независимые друг от друга типы доказательств. Скажем, если в мысленном эксперименте перетрясти датировки ископаемых находок, то картина станет бессмысленной в целом, так как то же сравнение геномов в нашем мысленном эксперименте покажет другие даты. Также и в истории нельзя произвольно установить дату условного Ледового побоища, так как повиснут в воздухе упоминания о нём во множестве письменных источников того времени.

Трактовка принципа фальсифицируемости как определяющего критерия научности выглядит однобокой и категоричной, так же как и представление науки в схеме «выдвижение гипотез → эксперимент», поскольку последний далеко не всегда позволяет сделать выбор в пользу того или иного подхода или показать ошибочность одного из них. Категоричной выглядит и схема, в которой теории всегда неуязвимы к новым эмпирическим данным за счёт изменения исходных посылок. Построение жёстких теорий идёт более сложным, порой витиеватым путём, и важную роль играет не только эксперимент, в частности, принципы простоты и красоты. Можно сказать, что постепенно формируется каркас теории, который в дальнейшем сохраняется и развивается, при этом нет теорий, которые в принципе не имеют расхождений с опытными данными, наука «неполна» и в этом отлична от мифа и технологии, где первый «объясняет» всё, а для второй все поставленные задачи видятся одинаково.

В начале имеющиеся на руках факты выглядят разбросанными и несвязанными между собой кусочками мозаики, и нет понимания, что станет объединяющим и придающим им стройность звеном. Каждый кусочек выглядит самодостаточно и изучается отдельно от других, но с течением времени приходит понимание, что некоторые из них можно состыковать вместе, становится понятно, что они были частью единой картины. Неверно соединённые кусочки обнаруживают и ставят на их законное место, недостающие части отыскивают в ходе дальнейшего научного поиска. Постепенно они складываются в одну цельную картину, где над притиркой частей друг к другу трудилось множество исследователей, быть может, из различных поколений. Создание картины трудоёмко и не имеет изначально определённого и ясного пути, но в конце концов кусочки приобретают смысл, как часть созданной мозаики, где нельзя переставить или удалить ни один из них, не разрушив простоты и красоты предстающей перед нами теории.

Благодарю Елену Донцову и Елену Кочкину за помощь с литературной подготовкой текста и Елену Стрельникову за иллюстрирование работы.

Список литературы

1. Мифы народов мира. Энциклопедия: в 2 т. Т. 1 / Гл. ред. Токарева С.А. — изд. 2-е. — М.: Советская энциклопедия, 1991. — С. 424.
2. Лебедев А.В. сост. и пер. Фрагменты ранних греческих философов. Часть 1. От эпических теокосмогоний до возникновения атомистики // Серия «Памятники философской мысли». — М.: Наука, 1989. — С. 109.
3. Orr M.A. Dante and the Early Astronomers. — London: Gall and Inglis, 1913. — Pp. 66-76.
4. Математические начала натуральной философии. — М.: Наука, 1989. — С. 502.
5. F.W. Dyson, A.S. Eddington, C. Davidson. A Determination of the Deflection of Light by the Sun’s Gravitational Field, from Observations Made at the Total Eclipse of May 29, 1919. // Philosophical Transactions of the Royal Society 220A. — Pp. 291–333.
6. Willis E. Lamb, Jr. and Robert C. Retherford. Fine Structure of the Hydrogen Atom by a Microwave Method. // Phys. Rev. 72, 241. — Published 1 August 1947.
7. Кендал Г, Пановский В. Структура протона и нейтрона. // УФН. — 1972. — № 106. — С. 315–331.

Получить ссылку на материал

Спасибо!

Также вы можете подписаться на обновления сайта:

Оставить комментарий

Добавить комментарий