Упомянутое преимущество относится не только к прошлому. Мой коллега Ч. В. Эверитт писал для “Словаря научных биографий” (Dictionary of Scientific Biography) о двух братьях. Оба внесли фундаментальный вклад в понимание сверхпроводимости. Фриц Лондон (1903-1953) был выдающимся специалистом в области теории физики низких температур.* Хайнц Лондон (1907-1970) занимался физикой низких температур как экспериментатор, но внес также некоторый вклад в теорию. Вместе они составляли прекрасную группу. Тем не менее биография Фрица была принята в Словарь, а биография Хайнца была возвращена автору для сокращения. Редактор (им был Кун) проявил обычное предпочтение теории, а не эксперименту.
Индукция и дедукция
Что такое научный метод? Совпадает ли он с экспериментальным методом? Вопрос поставлен неправильно. Почему у науки должен существовать только один метод? Имеется несколько способов строить дома и даже выращивать помидоры. Мы не должны ожидать, что такая многосторонняя вещь, как рост знания может быть сведена к единственной методологии.
Начнем с двух известных методологий. Кажется, что они приписывают совершенно разные роли эксперименту. В качестве примера я приведу два утверждения, каждое из которых сделано одним из великих химиков прошлого века. Различие между ними все еще имеет место: это в точности то, что разделяет Карнапа и Поппера. Как я сказал во Введении, Карнап пытался разработать логику индукции, в то время как Поппер настаивал на том, что не существует иного пути, кроме дедукции. Вот мое любимое утверждение об индуктивном методе:
“Основы химической философии – это наблюдение, эксперимент и аналогия. При наблюдении факты четко и постоянно запечатлеваются в разуме. Сходные факты связываются по аналогии. С помощью эксперимента открываются новые факты, и с ростом знания наблюдения, направляемые аналогией, приводят к эксперименту. Так, аналогия, подтвержденная экспериментом, становится научной истиной.
Приведем пример. Нежные зеленые растительные волокна (Conferva rivularis) обитают летом почти во всех ручьях, речках, озерах и прудах, в различных сочетаниях света и тени. Всякий, кто будет их внимательно рассматривать, обнаружит пузырьки газа на тех нитях, которые находятся в тени. Он поймет, что данный эффект связан со светом. Это наблюдение, но оно не дает информации относительно природы газа. Перевернем стакан с водой над водорослью. Газ начнет собираться в верхней части стакана. Когда стакан будет целиком наполнен газом, его можно, накрыв рукой, перевернуть в обычное положение и внести внутрь горящую свечу. Свеча станет гореть гораздо ярче, чем в обычном воздухе. Это эксперимент. Если рассуждают о явлениях и ставят вопрос о том, производят ли все пресноводные и морские растения такой газ при таких обстоятельствах, то спрашивающий будет руководствоваться аналогией. Когда после новых опытов будет установлено, что это имеет место всегда, будет установлена общая научная истина о том, что все водоросли Confervae производят на свету особый газ, который в высшей степени способствует горению, о чем свидетельствуют многочисленные подробные исследования”.
Это слова, которыми Хэмфри Дэви (1778-1829) начинает свой учебник по химии “Элементы химической философии” (1812, pp.2-3). Дэви был один из наиболее способных химиков своего времени, его обычно вспоминают в связи изобретением им безопасной шахтерской лампы, которая спасла многих от страшной смерти. Его вклад в науку относится к электролитическому химический анализу – методу, который позволил ему определить, какие из веществ являются элементами (как, например, хлор), а какие являются сложными веществами. Не все разделяли индуктивистский взгляд Дэви на науку. Вот слова Юстуса фон Либиха (1803-1873), великого первооткрывателя органической химии, который косвенным образом революционизировал сельское хозяйство, внедряя азотные удобрения.
“Во всех своих исследованиях Бэкон придавал огромное значение экспериментам. Но он не полностью понимал их значение. Он считал, что они являются некоторыми механизмами, которые, будучи приведенными в движение, приносят результаты сами по себе. Но в науке все исследования дедуктивны или априорны. Эксперимент лишь помощь уму, так же как и вычисления: мысль должна всегда и с необходимостью предшествовать эксперименту, если он имеет какой-либо смысл. Эмпирического режима исследования в обычном смысле этого слова не существует. Эксперимент, не предваренный теорией, то есть мыслью, имеет такое же отношение к научному исследованию, какое детская погремушка имеет к музыке”.
Насколько глубоко противостоят друг другу эти две цитаты? Либих говорит, что теория, то есть мысль, должна предшествовать эксперименту. Но это утверждение двусмысленно. У него есть слабая и сильная версии. Слабая версия утверждает, что у вас должны существовать некоторые идеи о природе и вашей экспериментальной установке до того, как вы начнете проводить эксперимент. Совершенно бессмысленное экспериментирование с природой, без понимания или возможности интерпретировать результат, практически ничему не научит. Никто не оспаривает этой слабой версии. У Дэви определенно уже была некоторая идея, когда он проводил эксперименты с водорослями. Он подозревал, что пузырьки газа над зелеными нитями относятся к определенному типу газа. Первый вопрос, который стоило задать, относился к тому, поддерживает ли газ горение или нет. Дэви обнаруживает, что свеча в газе горит ярче (из чего он, наверное, делает вывод, что газ необычайно богат кислородом?) Без такого, хотя бы минимального, понимания эксперимент не будет иметь смысла. Само по себе яркое горение свечи будет по меньшей мере бессмысленным наблюдением. Скорее всего никто этого даже и не заметит. Такие безыдейные эксперименты вообще не являются экспериментами.
Однако существует и сильная версия утверждения Либиха. Согласно ей, эксперимент имеет значение, только если речь идет о проверке предложенной теории. Только если, например, Дэви считает, что свеча потухнет (или вспыхнет), эксперимент имеет какой-либо смысл как проверяемый. Я считаю, что это просто неверно. Можно проводить эксперимент просто из любопытства, для того чтобы увидеть, что произойдет. Естественно, что многие из наших экспериментов сделаны под влиянием более специфических предположений. Так, Дэви спрашивает, производят ли все водоросли одного вида, независимо от того, находятся ли они в пресной или соленой воде, газ, который он безошибочно определил как кислород. Он делает новые опыты, которые приводят его к “общенаучной истине”.
Я не интересуюсь тем, совершает ли в самом деле здесь Дэви индуктивный вывод, как сказал бы Карнап, или он в конечном счете неявно придерживается методологии гипотез и опровержений Поппера. Не следует забывать к тому же, что собственный пример Дэви не является, как он полагал, научной истиной. Современная классификация водорослей утверждает, что Confervae даже не является естественным типом! Не существует такого рода или вида.
В основном я озабочен вопросом о сильной версии: должна ли обязательно ставиться цель проверки предположения, для того чтобы эксперимент был осмысленным? Я думаю, что нет. Конечно, даже слабая версия не бесспорна. Физик Джордж Дарвин говаривал, что иногда нужно ставить самые безумные эксперименты, например, в течение месяца по утрам играть на трубе тюльпанам. Скорее всего ничего не произойдет, но если что-либо произойдет, то это будет потрясающим открытием.
Что появляется первым, теория или эксперимент?
Мы не должны преуменьшать разрыв между поколениями Дэви и Либиха. Может быть, отношение между химической теорией и химическим экспериментом изменилось за пятьдесят лет, которые разделяют две приведенные выше цитаты. Во времена Дэви атомная теория Дальтона и других была только что установлена, а использование гипотетических моделей химических структур только начиналось. Ко времени Либиха больше нельзя было заниматься химией только путем разложения веществ с помощью электричества или определять газы путем наблюдениям за тем, поддерживают ли они горение или нет. Только разум, который поддерживался теоретической моделью, мог начать решать загадки органических веществ.