CC BY
24
РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАУК
ИНСТИТУТ НАУЧНОЙ ИНФОРМАЦИИ ПО ОБЩЕСТВЕННЫМ НАУКАМ
СОЦИАЛЬНЫЕ И ГУМАНИТАРНЫЕ
НАУКИ
ОТЕЧЕСТВЕННАЯ И ЗАРУБЕЖНАЯ ЛИТЕРАТУРА
РЕФЕРАТИВНЫЙ ЖУРНАЛ СЕРИЯ 8
НАУКОВЕДЕНИЕ
2
издается с 1973 г.
выходит 4 раза в год
индекс РЖ 2
индекс серии 2,8
рефераты 97.02.001-97.02.031
МОСКВА 1997
терминах продолжительности времени или числа попыток, нужных для того, чтобы справиться с задачей.
В заключение автор отмечает, что трудоемкость - это тот аспект навыка, который может получить квазиколичественную оценку и может передаваться формальным образом. Они полагают, что понятие трудоемкости имеет широкие перспективы для изучения навыков.
Т. В. Виноградова
97.02.013. ХОЛТОН Г. ОБ ИСКУССТВЕ НАУЧНОГО ВООБРАЖЕНИЯ.
HOLTON G. On the art of scientific imagination //Daedaius. Cambridge (Mass.), 1996. - VOL 125, № 2. - P. 183-208.
Статья известного историка науки, профессора Гарвардского университета (США), посвящена интимным механизмам творческого процесса, так называемой "частной науке", той ранней стадии исследований ученого, когда результаты еще не упорядочены и не сформулированы, прежде, чем они станут "публичной наукой". Безусловно, для ученого чрезвычайно важны упорство, владение рациональными приемами формулирования и проверке гипотез, знание математики, искусство эксперимента и пр. Но не меньшее значение имеет другая составляющая творческого процесса -искусство воображения: без него невозможно обьяснить смелые и подчас рискованные скачки в теоретических построениях. Автор рассматривает три формы, три приема, с помощью которых реализуется научное воображение (визуализация, построение аналогий и тематический выбор), которые в эксплицитной форме отсутствуют в научных текстах. Как писал П. Медавар, "не имеет смысла обращаться к научным статьям, поскольку они не просто скрывают, но и искажают тот ход рассуждений, который привел к результатам, в них описываемым... Помочь могут лишь непредвзятые свидетельства - и это означает "подслушивание у замочной скважины" лаборатории" (цит. по: с. 185):* В качестве таких непредвзятых свительств выступают записные книжки, черновики, лабораторные записи и письма.
Автор, по его словам, начинает свой анализ со зрительного воображения по двум соображениям. Во-первых, потому что современная наука началась с наблюдения за загадочным жвижением небесных тел, а во-вторых, потому что невозмозность представить в наглядной зрительной форме физические явления уже в нашем веке привела к кризису науки.
Астрономические исследования Галилея служат классическим примером терпеливых наблюдений, переведенных в ментальную модель, обладавшую выраженным зрительным компонентом. В 1609 г. два человека независимо друг от друга вели наблюдение за Луной с помощью телескопа, недавно изобретенного в Нидерландах. Первым был Т.Харриот ( Harriot) математик и астроном из Лондона, проводивший свои наблюдения в июле 1609 г., вторым - Галилей, сорокапятилетний профессор математики из Падуанского университета, начавший свои наблюдения несколькими месяцами позже.
Сохранились записи и рисунки, по которым можно судить, что каждый из них "увидел" в результате наблюдений. Конечно, они оба знали, что, как считалось еще со времен Аристотеля, Луна сделана из небесного вещества, что это идеально гладкая сфера, символ гармоничности и безупречности Вселенной. Однако даже невооруженному глазу было заметно, что некоторые области Луны темнее других. К началу XVII в. было предложено несколько гипотез, объясняющих это явление, но тем не менее ни у кого не было причин сомневаться в идеальной сферичности Луны.
Среди бумаг Т.Харриота есть рисунок, где он изображает границу между освещенной и неосвещенной частями поверхности Луны, так называемый терминатор. Но Харриот никак не комментирует, почему эта граница представляет собой не ровную линию, которую следовало бы ожидать на идеальной сфере, а имеет изломанный зубчатый характер. Этот рисунок свиделельствует о том, что Харриот "видит" феномен, но сложившиеся представления мешают ему совершить интеллектуальную трансформацию, перейти от зрительного восприятия к новому способу понимания.
В отличие от Харриота, Галилей демонстрируем гораздо большую смелость и независимость. В наблюдениях за Луной он впервые проявил свое мастерство интерпретативного понимания, которое вскоре обнаружит себя при изучении Юпитера, Млечного
11-2891
пути, солнечных пятен. В сложившейся на тот момент ситуации доверять новому прибору было рисковано. Телескоп, как и теория оптики, в целом были еще достаточно примитивными. Линзы обладали сферическими и хроматическими аберрациями. Те, кому было позволено посмотреть через телеском Галилея, не смогли увидеть то, что он пытался им показать. Философы, даже друг Галилея Кремонини (Сгетотш), полагали, что любой оптический прибор искажает реальность. Но все это не остановило Галилея. Как свидетельствуют сделанные им рисунки, он также "видел" изломанную линию терминатора ; но помимо этого он обратил внимание на еше одно насторожившее его явление -многочисленные, мелкие яркие области внутри неосвященной части поверхности Луны и, наоборот, многочисленные темные области на освещенной части. Их конфигурация менялась в течение 2-3 часов по мере изменения угла, под которым падал солнечный свет, и это привело Галилея к удивительной идее, что эти маленькие яркие и темные области представляют собой возвышения и впадины, аналогичные горам и долинам на Земле. То есть поверхность Луны оказалась неровной! (с.187). Галилей вычислил, что некоторые лунные горы должны быть выше, чем Альпы. В январе 1610 г. Галилей писал о своей уверенности в том, что нет качественных различий между Землей и Луной. Вскоре он убедился в существовании четырех спутников Юпитера, таким образом опровергнув аристотелевскую теорию, что все движение в небесах совершается вокруг Земли.
По мере того как открытия Галилея распространялись по Европе, менялось и то, что стали видеть другие ученые. Так, Харриот, который ранее не доверял теории Коперника, ознакомившись с работами Галилея и Кеплера, также стал видеть кратеры И другие особенности лунной поверхности, которые сближали это небесное тело с Землей, в том числе и те, которые отсутствовали в опубликованных Галилеем наблюдениях. Смысл зрительных впечатлений изменился под влиянием так называемого интерпретативного понимания.
Но почему реакции Харриота и Галилея оказались столь различными, несмотря на то, что они вели наблюдение за одним и тем же явлением. Частично это обьясняется большей готовностью Галилея принять коперниканскую вселенную, где между планетами и спутниками нет принципиальных различий. Кроме того,
определенную роль сыграли и блестящие навыки Галилея как создателя инструментов и экспериментатора. Однако не меньшее значение имело также уменее Галилея строить зрительные образы. Кроме того, что Галилей был широко образованным человеком, жившим в стране, где изобразительное искусство Возрождения оказало влияние на всю интелектуальную жизнь, первым местом работы двадцатилетнего Галилея была Accademia de Designo, где он преподавал геометрию архитекторам и линейную перспективу художникам и скульпторам. Галилей отточил свои навыки наблюдателя, изучая, как трехмерные тела воспринимаются глазом и как они отбрасывают тень при различном освещении. Прекрасное владение Галилем эвклидовой геометрией, также помогло его пониманию игры света и тени на поверхности Луны. (с. 188).
Как и во времена Галилея, искусство зрительного воображения по-прежнему остается важным компонентом того творческого процесса, который ведет к открытию. В своем письме Ж.Адамару Эйнштейн писал: "Слова или язык, как они пишутся или произносятся, кажется не играют большой роли в моем механизме мышления. Психологические явления, которые, видимо, служат элементами моего мышления, являются определенными знаками и более или менее ясными образами, которые можно по своему желанию воспроизводить и комбинировать" (цит.по с. 189). Он размышлял над проблемой, как будто мысленно играл с частями головоломки, подгоняя их одну к другой для получения ясной и непротиворечивой картины. Будучи преимущественно теоретиком, Эйнштейн исцользовал свои способности к визуализации в своих знаменитых мысленных экспериментах.
Литература по физике полна примерами - визуальных мысленных экспериментов: от ньютоновского "насоса" до максвелловского "демона" и "кошки в коробке" Э.Шредингера. Подобные примеры, свидетельствующие о важности наглядных зрительных представлений на начальной стадии научного открытия, по словам автора, можно множить и множить. Когда Н.Бор, сохранив образ астрономической планетарной системы, на основе "планетарной" модели атома Э.Резерфорда создал первую квантовую модель атома, это стало колоссальным шагом в развитии атомной теории. Бор сам в своих лекциях с удовольствием использовал красочные рисунки, изображающие строение различных атомов, il*
Но уже с середины 1920-х г стало ясно, что процессы в атоме не могут быть наглядно представлены в виде механических моделей по анатомии с событиями в макромире, в частности с движением планет. Принцип неопределенности В.Гейзенберга показал в том числе, что скрупулезно вырисовываемые электронные орбиты в боровских моделях атомов не могут существовать в реальности. Разрыв между наглядным образом и физической теорией расширялся: атом физиков-теоретиков все больше и больше становился абстрактно-ненаблюдаемой суммой уравнений. Более того, стремление к наглядной представимости квантовых явлений становилось тормозом в развитии теории. В.Гейзенберг предложил принять жесткое решение, из-за которого неспециалисты до сих пор чувствуют себя очень неуютно в мире современной физики: "новая теория, помимо всего прочего, должна полностью отказаться от воплощения новых понятий в наглядно-образной форме" (с. 191).
В других областях науки наглядные образы ( в виде механических моделей) продолжают успешно использоваться, тогда как специалистами в области квантовой физики пришлось найти иную форму образности, в основном опирающуюся на математические, а не физические конструкты в виде абстрактных диаграмм, коррелирующих с математическими уравнениями (феймановские диаграммы). Одна из граней феймановского гения состояла в чрезвычайно развитой способности к визуализации даже самых абстрактных понятий. Как он писал: "В моем мозгу всегда присутствуют зрительные образы так или иначе связанные с тем, что я намерен сделасть" (с. 192). Каждая из его диаграмм представляет собой определенное математическое выражение; Р.Фейман разработал систему правил перевода диаграмм в математическую форму и обратно. В то же время за диаграммами стоит и определенная предполагаемая физическая реальность. Без этого метода, основанного на применении наглядных графических построений для описания процессов взаимодействия и превращения элементарных частиц, современная квантовая теория поля, считает автор, была бы просто невозможна.
Использование аналогий служит другим важным помощником в работе воображения, несмотря на то что философы давно предупреждали, что этот метод для науки мало пригоден. Как написано в "Словаре современного мышления", "аналогия является
формой рассуждения, которая особенно подвержена тому, чтобы делать ложные выводы из истинных посылок" (с. 192). Тем не менее примеры успешного использования аналогий и метафор весьма впечатляющи: Галилей увидел в лунных структурах аналог Альпийских гор; Бор воспользовался образом солнечной системы при создании своей модели атома; Эйнштейну пришла счастливая мысль провести аналогию между гравитационным полем и электрическим.
Для того чтобы человек мог себе и говорить о мире, скрытом от его чувственного восприятия, он вынужден заселять его антропоморфическими и обыденными образами и понятиями. Прмерами могут служить понятия "семейства элементов" у Менделеева, длинные цепи "родительских", "дочерних" и "внучатых" изотопов, образующихся при радиоактивном распаде; сами термины "волна" и "частица", применимые к внутриатомным явлениям, дарвинское "дерево жизни" и пр. и пр. Как писал Аристотель, очень важно быть мастером метафоры. Это то, чему нельзя научиться от других; в то же время это признак гениальности, поскольку хорошая метафора подразумевает интуитивное видение сходства там, где другие видят лишь различия" (цит. по: с. 193). Великими мастерами аналогии были многие физики, в частности Э.Ферми, Лиза Майтнер, О.Фриш и другие.
Яркий пример продуктивного использования аналогии можно найти в работе физика XIX в. Т.Юнга. Славу ему принесла книга "Опыты и проблемы по звуку и свету", где он развил волновую теорию света и подверг критике корпускулярную теорию Ньютона, которой в то время отдавалось предпочтение. В одной из своих первых статей двадцатисемилетний Юнг писал: "Свет представляет собой распространение импульса, испускаемого в эфир светящимися телами" (ит. по: с. 193). Он напоминал своим читателям, что "Эйлер выдвигал предположение, что свет различных цветов состоит из различной частоты вибраций светящегося эфира" ( с. 193). Но до сих поор это было лишь умозрительной гипотезой, теперь же , настаивает Юнг, " идея о том, что свет является распространением импульса в эфире, находит строгое подтверждение" (ццит. по: с. 194). Но как? На. основании чего? Доказательство Юнг вдит в "аналогии между окрашиванием тонкой пластины : и звуками, издаваемыми группой органных труб" ( цит. по: с. 193). Юнг пришел к гениальной мысли обьяснить окрашивание тонких пластинок наложением света,
явление названное им интерференцией. Идея наложения возникла у него по аналогии с явлением, хорошо известным конструкторам органа, если две трубы органа издают одновременно два звука, лишь немного отличающиеся по высоте, то слышны периодические усиления звука, что обьясняется периодическим совпадением колебаний обеих труб.
Проведение подобной аналогии требовало необыкновенной отваги. О смелости этого шага свидетельствует тот факт, что когда Дж.Пикокк (Peacock), верный друг Юнга, профессор математики Кембриджского университета, редактировал сборник статей Юнга, опубликованного в 1855 г. - 26 лет спустя после смерти Юнга и много позже того, как волновая теория была сформулирована, - счел нужным снабдить слова Юнга сноской: "Эта аналогия фантастична и совершенно необоснована" (цит. по: с.194).
Действительно свет и звук - разные явления. Тем не менее аналогия Юнга была озарением гения. "Окрашенность тонкой пластинки или мыльного пузыря, или масляной пленки, зависят от их толщины, так же как звуки, издаваемые органными трубами, зависят от их длины; это сравнение стало путеводной нитью, прведшей к заключению, что оба - свет и звук и следовательно цвет и высота -следствия, вытекающие из свойств волны" (с. 194), В своей сноске Пиккоку следовало написать: "С помощью этой плодотворной аналогии Т.Юнг вошел в аналы истории, несмотря на то что британские ньютонианцы подвергали его грубым нападкам, что привело вскоре к окончанию карьеры Юнга в качестве продуктивного ученого" (с. 194),
Важную роль в научном воображении играет также тематический выбор. Под этим термином автор имеет в виду часто не декларируемые или даже неосознаваемые базовые убеждения, допущения и предпочтения, верность которым ученый сохраняет, даже если они не подкрепляются принятой в данный момент теорией или данными. Именно эти базовые, убежденя, порою неявные, направляют воображение ученого. Глубокая приверженность и даже пристрастие ученого к какой-либо главенствующей идее, по мнению автора, служит основным источником его энергии в поисках нового. Так, к числу базовых априорных убеждений Эйнштейна относились: унификация отдельных частей физической теории, инвариантность, симметрия, полнота описания, и по сути ньютоновская трактовка
причинности, а не фундаментальный пробабализм (отсюда его глубокое несогласие с копенгагенской интерпретацией квантовой физики). Эйнштейн называл эти свои предпочтения свободно выбранными "категориями" и в этом отношении они отличаются от категорий у Канта. Эйнштейн отбивал атаки на свои "базовые убеждения", замечая, что для него мыслить без них "столь же невозможно, как и дышать в вакууме" (цит. по: с.202). На примере дискуссии в физике, проходившей в 1910-х годах, в связи с открытиями в области субатомных явлений, автор показывает, насколько драматично происходит смена одних базовых убеждений на другие.
Еще одн пример тематического компонента научного мышления связан с работой М.Милликена. В 1910-1913 гг. Милликен, пока еще неизвестный физик очень молодого Чиикагского университета, решил точно измерить заряд электрона, чье значениие тогда оставалось спорным. Он был твердо убежден, что все электроны имеют одинаковую дискретную величину заряда (обычно обозначаемый буквой "е"). Именно эта убежденность направляла все действия Милликена в его лаборатории. Но в то время существовала • иная альтернатива этой картине дискретности. Ф.Эренгаф (Ehrenhaft) из Венского университета во многом испытывая влияние антиатомизма Э.Маха, был убежден, что измеряемое значение "е" может быть лишь средним, при этом реальные индивидуальные заряды различных электронов варьируют от чрезвычайно малых субэлектронов до гораздо больших значений. Он провел собственный эксперимент, чтобы это доказать (хотя, как обнаружилось позже, он использовал неадекватный метод).
Милликен оказался перед выбором между двумя конкурирующими базовыми допущений, каждое из которых имело свои достоинства. Сопоставление его лабораторных записей и публикаций показывает решимость Милликена взять на себя большой риск в служении своей идее, риск, который с точки зрения современных стандартов может, казалось бы, вызывать порицание.
В 1910-1913 гг. Милликен с помощью разработанного им "метода капель", который дает возможность измерять заряд отдельных электронов, провел огромное ; количество опытов по точному определению заряда электрона. В 1910 г. он получил значение е=4,65хЮ"10 электрических единиц, что было очень хорошим
результатом для его времени. Он был немедленно использован Бором в его работе над моделью атома. Спустя два года, усовершенствовав свой прибор, Миилликен уточнил приводившиеся им ранее значение. В августе 1913 г. он опубликовал свою ставшую классической статью, в которой представил данные 58 наблюдений, на основе которых он определил заряд электрона ( е= 4, 774x10 ~10 электростатических единиц). Это значение в течение двух последующих десятилетий не удавалось уточнить.
Однако в архиве Милликена автор обнаружил лабораторные тетради, в которых регистрировались результаты этих экспериментов. Они показывают, как "базовые убеждения" о существовании единственного и дискретного значения "е" помогли ему отобрать экспериментальные данные. Пятьдесят восемь наблюдений, опубликованных им, составляли лишь 40% общего числа данных. Очевидно, что отбракованные им результаты не вызывали у него доверия. Эренгафт, как отмечает автор, "возможно был бы рад, получи он доступ к этим данным, которые не вошли в публикаию Милликена" (с.205).
Любой экспериментатор и в наш дни, особенно работая с новой экспериментальной установкой, должен обладать чутьем, чтобы суметь отличить обьективные данные от искажений, вносимых внешними помехами. Вместо того чтобы терять время и пытаться обьяснить, почему капли ведут себя не так, как ожидалось, Милликен шел дальше и добился успеха. В руках другого ученого эксперименты, проводившиеся Милликеном, могли закончиться неудачно.
В этом случае тематический выбор Милликена привел его к успеху. Но в следующем исследовательском проекте, касавшемся фотоэлектрического эффекта, он отталкивался от неверных допущений. Он упорно работал над этим проектом в течение 10 лет, в конечном итоге, лишь отказавшись от своих излюбленных идей, он смог добиться успеха. Хотя без этих "базовых убеждений", обладающиих большой мотивационной силой, как заключает автор, он, возможно, не знал бы, с чего начинать, и не был бы так настойчив. За обе эти работы (в области электронных зарядов и фотоэлектрического эффекта) в.. 1923 г. Милликен получил Нобелевскую премию.
"Безусловно, - отмечает автор в заключение, - мы не можем претендовать на то, чтобы обьяснить гений Галилея или М.Кюри,
точно так же, как гений Данте или Моцарта, мы можем лишь попытаться пролить свет на то, как человеческий разум проникает в скрытый порядок вещей, как некоторым удается открыть совершенно новые миры и приблизиться к общим законам природы..." (с.206).
Т. В. Виноградова
97.02.014. ГРАЙСОН Л. МОШЕННИЧЕСТВО, ЖУЛЬНИЧЕСТВО И НАРУШЕНИЕ ЭТНИЧЕСКИХ НОРМ В НАУКЕ. GRAYSON L. Fraud, deception and misconduct in science // Science, technology a. innovation. - L., 1996. - vol. 9, № 1. - РЛ6-22.
Тот факт, что некоторые ученые допускают сознательную фальсификацию научных исследований, по словам автора - главного редактора журнала "Наука, технология инноваия", болезненно воспринимается как общественностью, так и самим научным сообществом. Манипуляции с истиной бросают вызов наболее фундаментальным прнципам научной морали и подрывают веру в науку. Тем не менее, как показывает автор, сами ученые очень неохотно обсуждают эту проблему.
В работе П.Коэна (Cohen), опубликованной в 1995 г., описано 250 случаев, когда клинические испытания лекарственных средств проводились на якобы случайных выборках. А как было показано К.Шульцем и его коллегами из центра контроля за заболеваниям и их предупреждения (Centers for disease control and prevention), эффективность препарата оказывается завышенной примерно на 30%, если нарушается процедура составления выборки. Анонимный опрос, проведенный среди участников семинара по эпидемиологии, организованного Шульцем, показал, что более половины из них признались в манипулировании процедурой составления "случайной" выборки или наблюдали такие действия со стороны коллег.
Это лишь один пример из растущего числа случаев жульничества в науке, обнаруженных за последние годы. Такое положение должно было бы назвать серьезную озабоченность со стороны ученых. Однако же научные сообщества не только не выражают беспокойства, за исключением США, но стараются приуменьшить серьезность таких инциидентов или даже замалчивают их. Обсуждение проблем, связанных со случаями мошенничества, плагиата или других нарушений норм научной этики, ограничиваается почти исключительно США. Ведущие представители
12-2891
