CC BY
14
последовательной и кропотливой работы. Старательность и усердие - это удел более прозаических личностей типа Ватсона или Гастингса.
Дж.Р.Харрис, по словам автора, это не кто иной, как мисс Марпл психологии развития. Харрис не должна была заниматься рутинной работой ученого, получающего зарплату, и поэтому она сумела увидеть то, что было скрыто от профессиональных психологов. Точно так же мисс Марпл всегда оказывалась более прозорливой, чем сотрудники Скотланд-Ярда.
Т.В. Виноградова
2005.03.014. СИМОЕС А. УЧЕБНИКИ, ПОПУЛЯРНЫЕ ЛЕКЦИИ И ПРОПОВЕДИ: КВАНТОВЫЙ ХИМИК Ч.А. КОУЛСОН И ПОСТРОЕНИЕ НАУКИ.
SIMOES A. Textbooks, popular lectures and sermons: The quantum chemist Charles Alfred Coulson and the crafting of science // Brit. j. for the history of science. - Oxford, 2004. - Vol. 37, N 134. - P.299-342.
Ключевые слова: квантовая химия, метод молекулярных орбита-лей, эпистемология, наука и религия.
Автор - сотрудник Лиссабонского университета (Португалия) -рассматривает различные аспекты деятельности выдающегося английского математика и химика-теоретика Ч.А. Коулсона (1910-1974), которые дополняли его исследовательскую работу. Коулсон обладал выраженным темпераментом просветителя и миссионера и много времени отдавал преподаванию, написанию учебников, научно-популярным лекциям и проповедованию. Основное внимание автор уделяет его размышлениям о науке.
Любая дисциплина строится, консолидируется и проводит демаркацию своих границ через исследовательскую и преподавательскую деятельность ее практиков. Квантовая химия - не исключение. Ее история служит хорошей иллюстрацией того, какое значение педагогический талант имеет для становления новой области исследований. Чем одареннее и харизматичнее преподаватель, тем легче ему вербовать сторонников новой дисциплины, обеспечивая ее эффективное воспроизводство в последующих поколениях. В 30-е годы успех метода валентных связей Л. Полинга (по сравнению с методом молекулярных орбиталей Р. С. Малликена) в квантово-механическом толковании химических связей был обеспечен не
благодаря его лучшей эмпирической обоснованности или способности к предсказанию. Своей популярностью метод валентных связей был обязан исключительно человеческим качествам Полинга, а именно его настойчивости как преподавателя и автора учебников; как известно, учебники играют фундаментальную роль в легитимизации научной дисциплины. В 40-е годы начался обратный процесс, и на первый план стал выходить метод молекулярных орбиталей. Не в последнюю очередь это произошло из-за того, что лагерь сторонников этого метода нашел своего адвоката в лице Ч.А. Коулсона, который обладал такими же педагогическими и риторическими талантами, какими обладал Полинг.
В мировоззрении Коулсона характерным образом переплетались наука и религия, и поэтому его деятельность как ученого, преподавателя и лектора должна рассматриваться в контексте его религиозных и гуманитарных убеждений. В свою очередь, его религиозные и гуманитарные взгляды нельзя понять вне его научного мировоззрения, в котором центральное место занимала математика.
Чарльз Коулсон родился 13 декабря 1910 г. в г. Дадли (Уорчестер-шир). Его отец был преподавателем математики и физики в вузе, а мать -директором средней школы в Дадли. Его родители, прежде всего отец, были убежденными сторонниками методистской церкви. Еще в школе Чарльз решил, что непременно станет математиком. Но естественные науки он начал изучать лишь после поступления в Кембриджский университет, поскольку его отец был убежден, что вначале сын должен приобрести классическое образование. Видимо, этим и объясняется вера Коулсона в то, что наука не дает ответа на все вопросы и что человеческая психология не изменилась со времен древних греков.
В 1928 г. Коулсон поступил в Кембриджский университет, где приобрел хорошие знания в основных областях математики и физики, включая квантовую механику, которую ему преподавали Н. Мотт и П. Дирак. В аспирантуре (1932-1936) он продолжал изучать математику и физику, прослушал ряд курсов по органической химии, а в 1933 г. посещал лекции по квантовой химии, которые впервые в Великобритании читал английский химик-теоретик Дж.Э. Леннард-Джонс.
В 1935 г. Коулсон защитил диссертацию, которая была посвящена методу молекулярных орбиталей в сравнении с методом валентных связей. Таким образом, он первый в стране получил докторскую степень по квантовой химии (с.303). Еще в университетские годы произошло обращение Коулсона к религии; в 1929 г. он стал светским проповедником (lay priest) в
методистской церкви. Вскоре он присоединился к Братству примирения (Fellowship of reconciliation), христианской экуменической и пацифистской организации, и вступил в ассоциацию пацифистов методистской церкви (Methodist peace fellowship). И это несмотря на то, что для академической жизни Кембриджа был характерен почти полный разрыв между наукой и религией.
В 1938 г. Коулсон покинул Кембридж и стал преподавателем математики в Университетском колледже в Данди, где и оставался до конца войны. Коулсону не нравилось в Данди. Здесь он страдал от перегруженности учебными курсами, так как читал лекции по прикладной математике, физике и даже химии, а также от почти полного отсутствия научного окружения. С самого начала войны Коулсон резко выступал против нее, утверждая, что любая война - это отрицание «любви и братства»; именно эти два слова выражали для него суть учения Христа (с.304). Он не мог допустить, чтобы его научные знания использовались для военных целей и поэтому отклонил предложение своего бывшего научного руководителя Леннарда-Джонса присоединиться к кембриджской группе и проводить исследования для правительства. Он решил, что будет служить обществу, исполняя свои профессиональные обязанности - университетского преподавателя и исследователя.
Сразу после окончания войны Коулсон был приглашен в Оксфордский университет (1945-1947) в качестве физика-теоретика на отделение химии. Подобная конфигурация - теоретический физик, работающий на химическом отделении, - в то время была достаточно нова. Даже физи-кохимик С. Хиншелвуд, будущий лауреат Нобелевской премии (1954), не считал химическую лабораторию подходящим местом для теоретика. Тем не менее Коулсону удалось создать активную исследовательскую группу в лаборатории физической химии, где проходили подготовку большое число аспирантов.
В 1947 г. Коулсон занял пост заведующего кафедрой теоретической физики в Королевском химическом колледже в Лондоне. Это назначение позволило ему в полной мере реализовать все свои качества активного исследователя, преподавателя и руководителя. Еще во время пребывания в Данди Коулсон чувствовал, что его христианские и пацифистские убеждения должны найти выход. В Лондоне Коулсон часто выступал с лекциями по различным научным и общественным вопросам и принимал активное участие в дискуссиях по проблемам религии и пацифизма. Иногда его даже называли «главой кафедры теологической физики» (с.305).
Прожив четыре года в столице (с 1947 по 1951 г.), Коулсон вернулся в Оксфорд в качестве заведующего кафедрой прикладной математики. Первым заведующим этой кафедрой был специалист по теории относительности, вторым стал химик-теоретик, этим руковод-ство университета нарушило сложившиеся традиции, когда этот пост занимали математики. Для многих такое решение показалось неразумным и неприемлемым, однако оно оказалось весьма продуктивным. На этом посту Коул-сон проработал более двадцати лет, и в 1972 г., уже в конце своей жизни, он стал первым руководителем кафедры теоретической химии Оксфордского университета на вновь созданном отделении теоретической химии. В конце 1973 г. его здоровье расстроилось, и в начале 1974 г. он умер.
Активно занимаясь исследованиями, подготовкой студентов и аспирантов, чтением лекций и написанием учебников, Коулсон внес заметный вклад в создание квантовой химии. Основные работы Коулсона посвящены квантово-механическим расчетам структуры молекул и теории валентности. Он внес существенный вклад в развитие метода молекулярных орбиталей, ввел «молекулярно-орбитальное» понятие о порядках связей (1939), установив их зависимость от межатомных расстояний. Совместно с Х.Ю. Лонге-Хиггинсом Коулсон развил молекулярно-орбитальную теорию сопряженных систем и свободных валентностей (1947), занимался рядом других проблем.
Коулсон никогда не рассматривал науку в изоляции от остальных областей человеческой деятельности, поэтому по мере углубления в квантовую химию он начиная с 50-х годов все больше задумывался об эпистемологических основаниях науки и ее взаимоотношениях с религией. Среди его излюбленных тем были: природа и функции математизации и формализации научного знания; значение квантовой механики для химии; роль и функции компьютерных технологий в квантовой химии, а также значение и статус научных теорий. Эти темы обсуждались в его статьях, лекциях, выступлениях на радио, которые, если воспользоваться выражением Т. Гексли, скорее напоминали «светские проповеди». В 1950 г. вышла статья «Христианская религия и современная наука» - первая публикация Коулсона по проблемам взаимоотношений науки и религии. В 1959 г. он стал вице-президентом Британской методистской конференции (British Methodist conference), высший пост для светского человека, а с 1962 по 1968 г. был членом Центрального комитета Всемирного совета церквей (с.306).
Важным аспектом просветительской и пропагандистской деятельности Коулсона стало написание учебников. Его первые учебники «Волны» (1941) и «Электричество» (1948) были посвящены математической интерпретации физических явлений. Однако с того момента, как он стал работать на химическом отделении в Оксфорде, главный интерес для него стала представлять химия. Несмотря на жесткие дисциплинарные границы, существовавшие внутри академической сферы, Коулсон с большой настойчивостью продвигал новую область - квантовую химию, которая сочетала в себе химический, физический и математический стили мышления. Неудивительно, что после «Волн» и «Электричества» Коулсон взялся за написание еще одного учебника «Валентность», которому было суждено сыграть центральную роль в консолидации этой новой научной дисциплины.
«Валентность», адресованная студентам-химикам, и «задуманная для того, чтобы показать, как волновая механика может помочь в создании теории химической связи», была опубликована в 1952 г. Главный тезис этой книги был сформулирован четко и ясно: «квантовая механика необратимо вторглась в химию и останется там навсегда» (цит. по: с.310). Но одновременно Коулсон подчеркивал, что квантовая химия - это не еще один пример удачного использования квантово-механического подхода, но новый раздел химии (с.313).
В учебнике Полинга «Природа химической связи» (1939) был представлен разработанный им метод валентных связей и его применение в теории резонанса1. Со времени этой публикации и до появления «Валентности» Коулсона несопоставимой по значению книги, которая «подала бы голос» в пользу метода молекулярных орбиталей, не существовало. Поэтому «Валентность» воспринималась как высшее достижение в популяризации молекулярно-орбитального подхода и как демонстрация его успехов в органической химии. В то же время Коулсон утверждал, что обе эти схемы представляют собой лишь приближение к реальности, и поэтому следует «понимать, что глупо доверять исключительно одной из них» (цит. по: с.311). Однако метод молекулярных орбиталей оказался не только более удобным для предсказания изменений в структуре и свойствах молекул, но и обеспечивал достаточную наглядность, позво-
1 Теория резонанса представляет собой модернизацию классической структурной теории с ее формальной символикой в рамках квантово-механического метода валентных связей. - Прим реф.
лявшую студентам без серьезной математической подготовки понимать квантовую химию.
«Валентность» была переведена почти на все европейские языки и на японский язык. Русский перевод появился гораздо позже - в 1963 г. Эта отсрочка была связана с жесткой критикой (в лысенковском духе), которой в самом начале 50-х годов в СССР подвергались теория резонанса и, как следствие, квантовая химия (с.316). В 1953 г. глава Национального совета по искусствам, наукам и ремеслам (США) предложил провести дискуссию по теории резонанса между Полингом и Коулсоном и ведущими советскими физикохимиками. Легко догадаться, что подобная дискуссия так никогда и не состоялась. Тем не менее в 1962 г. ряд российских химиков все-таки добились, чтобы Коулсон прочитал курс лекций по современной квантовой химии, включая теорию резонанса, в Москве и Ленинграде. Он также стал автором предисловия к русскому изданию «Валентности» (с.318).
Идеи, сформулированные в «Валентности», Коулсон развил в книге «Форма и структура молекул» (1972) - последнем из написанных им учебников. Но эта работа уже не имела такого успеха (с.324).
Научная деятельность Коулсона тесно переплеталась с его просветительской миссией, выражавшейся как в его научно-популярных лекциях, так и в проповедях, которые он начал читать после Второй мировой войны в методистской церкви. В своих лекциях и проповедях Коулсон последовательно развивал идею, заключающуюся в том, что наука - это один из путей к Богу; кроме того, он страстно желал, чтобы люди поняли, что наука и религия могут и должны сотрудничать.
Острый конфликт между наукой и религией, возникший в 1860-е годы в результате дискуссий относительно теории эволюции, привел к заключению «джентльменского соглашения»: ни одна из партий не касается вопросов, относящихся к компетенции другой. Важную роль в этих спорах сыграл английский биолог Т. Гексли, первый популяризатор дарвинизма, который попытался примирить веру и знание в рамках агностицизма. После этого начался период сосуществования науки и религии как двух несоприкасающихся областей человеческого опыта. В настоящее время этот период, как утверждал Коулсон, уже заканчивается, и наука и религия вступают в новую эру - эру сотрудничества. Если для Гексли наука заменила религию, то согласно Коулсону, наука должна стать ключом для реформирования христианства. Свою задачу он видел в том, чтобы убедить общество: проблемы, с которыми оно столкнулось после Второй мировой
войны, слишком сложны и серьезны, чтобы обсуждать или решать их внутри какой-либо одной концептуальной схемы. Они могут быть решены только в рамках кооперации между наукой и религией (с.332).
В своей проповеди «Путь к Господу через науку», прочитанной им на Би-би-си в пасхальное воскресенье 1954 г., Коулсон говорил о том, что в противоположность распространенному мнению наука была выпестована христианской верой, и многие ученые были христианами. Он вспоминал основателей Лондонского королевского общества и Роджера Бэкона, философа и естествоиспытателя, члена Францисканского ордена, который в 1266 г. написал «Opus Majus». Коулсон рассматривал этот труд как «первый учебник», в котором показано, что наука - это союзник христианской веры, потому что она «ведет разум через изучение сотворенного мира к познанию самого Творца» (цит. по: с.326).
Книги Коулсона «Наука и христианская вера» (1955) и «Наука и идея Бога» (1958) представляют собой не только развитие тех его идей, которые он излагал в своих лекциях и проповедях ранее. В них содержатся и его философские размышления о науке, ее роли в обществе, ее связи с религией и т.д. Интересно, что некоторые его эпистемологические соображения в какой-то степени предвосхитили идеи таких философов науки, как Т. Кун или У. Куайн (взаимозависимость между фактами и теорией; подчеркивание роли традиций и их несоизмеримости; переключение с науки на ученых в качестве единицы анализа функционирования науки; настаивание на том, что проверке в науке подлежит система взаимосвязанных элементов теории, а не отдельные гипотезы) (с.335).
В протестантизме (к которому относится и методистская церковь) предпочтение отдается индивидуальному верующему, а посредническая роль священников сведена к минимуму. Видимо, поэтому Коулсон стремился к приобщению широкой публики к научной культуре, и поэтому он подчеркивал роль отдельного ученого и его личных качеств в процессе производства знания (с.335).
Коулсон привлек внимание к «вненаучным» убеждениям, на которые опирается наука. Он говорил о бытующем непонимании истинной роли наблюдений и экспериментов. Предполагается, что наука строится на «твердых фактах», а это «ложный и упрощенный взгляд». Никто не проводит эксперименты «случайно» или «просто ради любопытства», но всегда целенаправленно, ради подтверждения некоторых более или менее ясных идей. «Сами по себе факты не имеют ценности, наука - это то, что мы делаем из этих фактов» (цит. по: с.336). Из этого Коулсон сделал вы-
вод о существовании «значительного личностного элемента в науке»; те же идеи и примерно в это же время развивали А. Эддингтон и особенно М. Полани в его знаменитой монографии «Личностное знание» (1958).
Наличие личностного элемента в науке подразумевает, что не может быть последнего и решающего доказательства любой научной теории, которая может быть предложена. Как же в таком случае проверяется валидность выдвигаемых теорий? Эта проверка опирается на нашу веру в упорядоченность и постоянство природы, в универсальность ее законов, в возможность вписать эти законы в более общие модели, в их (математическую) простоту и красоту. Все эти критерии «лежат вне науки». Они были унаследованы нами благодаря традициям, которые «воплощают этос, стандарты и убеждения наших предшественников»; традициям, которые строятся на таких ценностях, как «терпение, скромность, непредвзятость, честность, сотрудничество» (цит. по: с.336).
Подобные размышления натолкнули Коулсона на еще более шокирующую мысль: если ученые работают в контексте определенных научных традиций, не следует ли из этого, что могут существовать две или более наук? (с.336). Свидетельство в пользу такого плюрализма традиций можно найти в существенных различиях между западной наукой и восточной. Поэтому Коулсон ограничил свой анализ контекстом западной традиции и попытался найти поддержку у таких натурфилософов, как И. Ньютон и Р. Бойль, для которых познание природного мира стало не чем иным, как одной из граней их веры в Бога. Рассуждая таким образом, Ко-улсон позиционировал себя как продолжателя традиций западной натуральной теологии.
Коулсон подчеркивал ошибочность представлений о том, что наука и религия занимают смежные области, так же как и об их абсолютной самостоятельности. В первом случае с развитием науки пространство религии будет неуклонно сужаться, а роль Бога становиться все менее значимой. Во втором случае нельзя говорить о науке и религиозной вере как о двух непересекающихся областях человеческого опыта, поскольку и та, и другая опираются на недоказуемые допущения и строятся вокруг недоказуемых концептов (с.337). Наука и религия, утверждал Коулсон, описывают одну и ту же реальность, хотя термины этого описания могут быть абсолютно разными. Природа научных допущений и анализ реальной научной практики служат основанием для его веры в то, что наука -это вид религиозной деятельности. Наука ведет к частичному пониманию работы универсума, тогда как всеохватывающее понимание может быть
достигнуто только внутри религии. «В своем беспредельном стремлении постичь окружающий их мир люди обречены на то, чтобы выйти за узкие рамки научных истин» (цит. по: с.340).
Времена, когда ученые служили одновременно и науке, и церкви, давно миновали. Тем больший интерес представляет собой личность Ко-улсона, столь нетипичная для второй половины XX в., с его стремлением наладить диалог между обществом и наукой, наукой и религией.
Т.В. Виноградова
