В 1887 году в подвале в Огайо Альберт Майкельсон и Эдвард Морли отправили в полет два луча света. Один луч двигался в том же направлении, что и Земля, вращающаяся вокруг Солнца; другой был направлен под прямым углом к первому. После прохождения одинаковых расстояний лучи отражались обратно к источнику и сравнивались. Если их формы при наложении не совпадали в точности, то это свидетельствовало о том, что одному из них потребовалось больше времени, чтобы пройти путь, чем другому, – именно этого ожидали Майкельсон и Морли. Цель состояла в том, чтобы измерить скорость, с которой Солнечная система движется через «эфир», невидимую субстанцию, которую физики XIX века считали носителем световых волн, подобно тому, как вода является носителем волн океана, а воздух – звуковых волн. Чем быстрее движение в эфире, тем медленнее общее время прохождения луча, движущегося по линии Земли, и тем больше расхождение между двумя наложенными лучами. Одним важным следствием такого измерения было бы, наконец, прямое доказательство существования эфира.
Этот эксперимент был непростым. Ожидалось, что расстояние, на которое один луч будет сдвинут относительно другого, будет порядка нескольких сотен нанометров. Малейшие вибрации – проезжающие мимо лошади или отдаленные раскаты грома – могли нарушить работу измерительного прибора. Именно поэтому он располагался в подвале и был установлен на огромном блоке песчаника, плавающем в корыте с ртутью (рис. 5.1). Вот почему Майкельсон посвятил целых десять лет созданию все более чувствительных механизмов для определения скорости света и в конце концов перенес нервный срыв – как предположил его коллега Морли.
Конечный результат был, как выразился Майкельсон, «решительно отрицательным»: эксперимент вообще не обнаружил никакого движения по отношению к эфиру. Какое-то время существовали разногласия и путаница как по поводу эфира, так и по поводу самой экспериментальной установки. Споры разрешил Эйнштейн, чья специальная теория относительности полностью отказалась от концепции эфира и объяснила именно то, что невольно заметили Майкельсон и Морли: скорость падающего света одинакова независимо от того, находитесь вы неподвижно по отношению к источнику света или движетесь на высокой скорости. Просуществовав двести славных лет, ньютоновская физика умерла, а искомое число действительно составило несколько сотен нанометров.
Рисунок 5.1. Прибор, который Майкельсон и Морли использовали для измерения скорости света в различных направлениях относительно направления движения Земли
Как вы уже видели, подход Эйнштейна к гравитации был проверен несколькими годами позже путем тщательного изучения таких же мельчайших деталей: в эксперименте Эддингтона с затмением было измерено смещение видимого положения звезд, равное примерно одной трети видимого диаметра Марса в его наименьшем размере. Спутник Gravity Probe B, также проверяющий общую теорию относительности, был разработан для того, чтобы улавливать расхождения примерно в 0,00001 градуса в год. Ньютоновская и эйнштейновская физики рассказывают совершенно разные истории о структуре Вселенной. Но чтобы увидеть, какая из них правильная, нужно произвести множество невероятно кропотливых крошечных измерений.
Тот факт, что секреты Вселенной кроются в мельчайших структурах, в почти неразличимых деталях, в узорах, которые могут обнаружить только самые чувствительные, хрупкие и дорогие инструменты, – настолько важен, что заслуживает отдельного названия. Я называю его тихоническим принципом в честь датского астронома XVI века Тихо Браге, который, работая незадолго до изобретения телескопа, был последним из величайших астрономов, работавших «невооруженным глазом», используя секстанты и квадранты для определения положения звезд и движения планет с точностью до 0,02 градуса. Чтобы достичь этого уровня точности, Тихо построил обсерваторию под названием Стьернеборг («замок звезд») полностью в цокольном этаже, стремясь, как Майкельсон и Морли, укрыться от неточностей, вызванных суматохой и шумом внешнего мира (рис. 5.2).
Тихонический принцип справедлив не только в фундаментальной физике и не только в количественных деталях. Чтобы раскрыть тонкости биологической наследственности и эволюции или того, как многоклеточные организмы развиваются и растут из эмбрионов, исследователи должны тщательно изучить сложные причинно-следственные структуры на микроскопическом уровне. Аналогичное внимание к точным цифрам и продуманным связям требуется от нейробиологов, геологов и археологов, от создателей моделей в климатологии и экономике и, хотя и в несколько иной степени, от антропологов и социологов.
Позвольте мне проверить ваше воображение необычной мыслью: тихонический принцип не обязательно должен быть истинным. Мы могли бы жить во Вселенной, где фундаментальные законы физики весьма слабо влияют на траектории частиц, определяя их движение с точностью до одного-двух знаков после запятой, но не больше. Измерения с точностью до шестого десятичного знака в таком мире были бы пустой тратой времени и денег, не более способствующей получению знаний, чем подсчет гальки на берегу или капель воды в море. В равной степени мы могли бы жить во Вселенной, где формы организмов определялись некими дающими жизнь духами или прихотью богов, а не замысловато структурированными цепочками молекул. Но мы этого не делаем; наш мир, кажется, насквозь пропитан тихоническим принципом.
Рисунок 5.2. Стьернеборг, подземная обсерватория Тихо
Бэкон предполагает, что если мы используем в качестве точки опоры объяснительную способность науки, то эмпирическая проверка в итоге выявит истину. Тихонический принцип гласит, что большую часть этой проверки будет чрезвычайно трудно провести. Именно по этой причине железное правило необходимо для успеха современной науки. Усилия, необходимые для создания запаса наблюдаемых фактов, достаточного для бэконовской конвергенции в тихоническом мире, настолько велики, что людей можно убедить взяться за проект только в исключительных обстоятельствах. Железное правило создает эти обстоятельства и, таким образом, «заставляет ученых исследовать какую-то часть природы в таких подробностях и на такую глубину, которые в противном случае были бы совершенно невообразимы». Это слова Томаса Куна. Он приписывал принуждение парадигмам, а не универсальному процедурному консенсусу – в противном случае это было бы лучшее предложение, которое он когда-либо делал.
Железное правило предлагает ученым искать истину, используя теорию, которая лучше всего объясняет наблюдаемые факты. Что в этом такого новаторского, такого революционного? Кто-то может сказать, что практически ничего. Мы, люди, знали, как делать выводы из того, что видим, с тех пор, как наши первобытные предки впервые осознали смысл следов саблезубых хищников на выпавшем снегу.
Кроме того, ценность подобного способа мышления была столь же очевидна для древних и средневековых мыслителей, как и для любого доисторического охотника. Первые греческие философы – Фалес с его теорией о том, что все состоит из воды; Гераклит, предпочитавший огонь; Анаксимандр, считавший, что основной составляющей вещей является «безграничное», – все старались объяснить то, что видели вокруг себя: радугу, магнетизм, окаменелости, эпилепсию, соленость моря, звездное небо, приспособленность живых существ к их среде обитания. Аристотель добавил к этому списку невообразимое множество явлений, от торнадо до дыхания, человеческих рук и перепончатых лап водоплавающих птиц и впервые предложил системные теории физики, биологии и психологии для их объяснения. Действительно, его иногда называют первым великим ученым в истории.
Исламский философ XI века Ибн Сина, которого на Западе называли Авиценной, сформулировал семь правил проведения медицинских экспериментов. Английский философ-схоласт Роберт Гроссетест разработал понятие контролируемого эксперимента в эпоху высокого Средневековья, за столетия до Бэкона. Эксперимент не только похвалили, но и развернули на практике. Историк Дэвид Линдберг приводит неполный список экспериментаторов, работавших до научной революции, который простирается от Древней Римской империи до исламской Персии и европейского Средневековья, включая, среди многих других, Птолемея, Ибн аль-Хайтама (Альхазена), Камала аль-Дина, раввина Леви бен Гершона, Йоханнеса де Муриса.
Что же добавляет ко всему этому железное правило? В чем его новизна? На каком основании я могу сказать, что Аристотель не был современным ученым, если он явно ценил способность своих теорий объяснять явления, которые так внимательно наблюдал?
При всем своем упоре на объяснение мира и открытость к экспериментальным данным натурфилософия древности не могла установить процедурный консенсус, дающий современной науке столь мощные инструменты для продуцирования новых знаний. Чтобы сформулировать железное правило и, таким образом, создать современную науку, нужно было что-то добавить к древней доктрине о том, что истинные теории можно распознать по их объяснительной силе. Эти дополнения принимают форму четырех методологических нововведений.
Первое нововведение – это переформулировка материала, составляющего железное правило – само объяснение. До научной революции объяснение явления смешивалось с философскими суждениями о нем же, поэтому объяснительная сила была субъективной вещью, меняющейся в зависимости от интеллектуальных предпочтений и темперамента наблюдателя. В современной науке понятие объяснения свободно от философии и любой другой идеологии; оно так же чисто, как металл, от которого железное правило получило свое название. Следовательно, объяснительная сила означает одно и то же для каждого современного ученого, независимо от его образования и наклонностей, так что каждый ученый соглашается с тем, что говорит железное правило, а также с теми критериями, которые это правило предлагает для оценки эмпирического исследования.
Второе новшество касается работы с источниками. Железное правило ориентировано не на то, что думают ученые, как это предполагали традиционные законы логики, сформулированные Аристотелем, а на то, какие аргументы они могут привести публично. Таким образом, их мозги не скованы правилом; его жестким ограничениям подчиняются лишь их публичные заявления. Как вы увидите дальше, именно это новшество делает возможными третье и четвертое новшества.