Текст книги "История науки"

Гипотезы, концепции, теории

Конечным результатом научной деятельности являются ТЕОРИИ. Но путь к созданию полноценной теории далек и тернист. Он начинается с накопления фактов и формулировки гипотез.

Факты, как мы знаем, накапливаются с помощью наблюдений и экспериментов. А гипотезы, формируются путем размышлений. В результате чего возникают идеи новых экспериментов.

Вообще говоря, хорошую гипотезу следует формулировать так, чтобы она допускала экспериментальную проверку. Но человек, – это такое существо, которое стремится получить ответы и на те вопросы, на которые наука его времени не может дать доказательного ответа. Например, ответ на вопрос о том, как возникла Жизнь.

На современном этапе развития науки создать теорию, которая бы объяснила, как возникла Жизнь, невозможно. Но можно создавать гипотезы по этому поводу. Для того, чтобы быть разумными, эти гипотезы должны удовлетворять следующим условиям. Во-первых, они должны быть внутренне логичными и непротиворечивыми, во-вторых, они не должны противоречить современным научным знаниям. Кроме того, было бы очень хорошо, если бы из этих гипотез можно было вывести следствия, допускающие экспериментальную проверку. При этом отрицательный результат эксперимента может рассматриваться, как опровержение гипотезы, хотя положительный результат не является её безусловным подтверждением.

Такие непроверяемые на данном этапе развития науки гипотезы иногда называют КОНЦЕПЦИЯМИ. Согласие или несогласие с той или иной концепцией – это личное мнение того или иного исследователя, которое он имеет право иметь но не имеет права навязывать своим коллегам.

Никакого особого вреда от существования недоказуемых в настоящее время концепций нет. Не надо лишь выдавать недоказанные концепции за доказанные теории.

Немаловажное значение для развития науки имеют и ЛИЧНЫЕ МНЕНИЯ отдельных исследователей по той или иной проблеме. В цивилизованных странах каждый гражданин имеет право иметь свое личное мнение по любому вопросу и не обязан доказывать его справедливость. Если гражданин верит в существование леших и русалок – это его законное право. Но другие граждане с его мнением вовсе не обязаны соглашаться.

Точно так же исследователи могут иметь и имеют личные мнения по тем или иным научным проблемам. Эти мнения основаны, обычно, не на доказательствах, а на внутреннем убеждении.

Разницу между мнением и гипотезой очень хорошо объяснил выдающийся российский филолог Андрей Анатольевич Зализняк (род. 1935): «Вообще говоря, научная гипотеза – это не всякое мнение, это мнение действительно не доказанное, требующее ещё доказательств и дополнительных исследований, но, тем не менее, уже основанное на достаточном количестве фактов и показывающее, что при принятии этой гипотезы некоторое количество явлений, ранее не объясняемых или объясняемых неудовлетворительно, получают более удовлетворительное объяснение».

ДИСКУССИИ между исследователями, придерживающимися разных мнений по тем или иным научным проблемам, играют важную роль в развитии науки. В процессе дискуссии могут возникать плодотворные идеи, позволяющие получить прямые или косвенные доказательства в пользу тех или иных высказанных мнений; или, напротив, доказательства, опровергающие эти мнения. В результате мнение может превратиться в концепцию и даже в теорию.

Традиционная точка зрения заключается в том, что теории формируются в результате накопления и осторожного обобщения ФАКТОВ. Однако такой взгляд односторонен. Теория – это чисто интеллектуальный продукт, формирующийся и развивающийся самыми неожиданными путями. Источником её формирования являются не только факты, но и идеи (и даже предрассудки), витающие в воздухе эпохи, через призму которых исследователь смотрит на обобщаемый им фактический материал.

Советский философ Энгельс Матвеевич Чудинов (1930–1980) предложил концепцию СТРОИТЕЛЬНЫХ ЛЕСОВ НАУЧНОЙ ТЕОРИИ (СЛЕНТ). СЛЕНТ – это совокупность предположений, большей частью неявных, с помощью которых формируется научная теория и о которых обычно не вспоминают после того, как теория приобретет «товарный вид». Научные теории, как и стихи, тоже растут из всякого сора.

Вопросы:

**. Как вы понимаете, что такое теория, гипотеза, концепция, личное мнение и чем они друг от друга отличаются?

**. Какую роль играют гипотезы в развитии науки?

**. Являются ли представления о роли ДНК в наследственности теорией, гипотезой или концепцией?

**. Являются ли представления о существовании Барабашки теорией, гипотезой, концепцией или личным мнением?

**. Какое значение имеют научные дискуссии?

**. В чем сущность концепции СЛЕНТ?

Вопросы для любителей подумать:

**. Приведите свои примеры теорий, гипотез, концепций.

**. Теория происхождения Жизни Александра Ивановича Опарина (1894–1980) – это гипотеза, концепция или теория?

Как грамотно поставить эксперимент?

Для того, чтобы получить из эксперимента надежные выводы, его нужно ГРАМОТНО ПОСТАВИТЬ.

Эксперименты ставятся для того, чтобы решить конкретную ПРОБЛЕМУ. Поэтому прежде чем ставить эксперимент, нужно четко сформулировать проблему, которую мы хотим решить с помощью эксперимента.

Затем нужно представить себе возможные ИСХОДЫ эксперимента.

Ставить эксперименты с заранее предсказуемым исходом, разумеется, бессмысленно. Но можно представить себе несколько возможных исходов эксперимента. И представить себе возможные выводы, которые можно сделать из каждого из исхода.

ИДЕАЛЬНЫЙ ЭКСПЕРИМЕНТ – это такой эксперимент, из определенного исхода которого можно сделать один и только один вывод. Для идеального эксперимента, определенный исход которого может решить судьбу научной гипотезы, в научной среде используют латинский термин EXPERIMENTUM CRUCIS (в дословном переводе – «эксперимент креста»), который предложил в начале XVII века выдающийся английский философ Френсис Бэкон (1561–1626). В настоящее время этот термин нередко переводят, как КРИТИЧЕСКИЙ ЭКСПЕРИМЕНТ. Однозначный вывод, сделанный из критического эксперимента, может опровергнуть научную теорию.

В идеале experimentum crucis имеет два исхода. Исход такого эксперимента позволят однозначно ответить на вопрос: «Да» или «Нет».

Однако в большинстве случаев выводы из исхода эксперимента являются не столь однозначными.

Для того, чтобы ограничить круг возможных объяснений результатов эксперимента, наряду с основным экспериментом, ставятся КОНТРОЛЬНЫЕ ЭКСПЕРИМЕНТЫ, в которых воспроизводится все, кроме воздействия на объект исследования.

Давайте представим себе, что мы живем в XVII веке и хотим понять, почему в мясе появляются личинки мух. То ли потому, что мама-муха отложила на мясо свои яички, то ли потому, что эти личинки зарождаются из мяса.

Для этого можно провести следующий простенький эксперимент. Закроем банку и посмотрим, появятся ли там личинки. Если личинки появились, то значит, мама-муха ни при чем и личинки сами собой зарождаются в мясе. А если в банке, куда закрыт доступ мухам, личинок не будет, стало быть, мама муха отложила туда яйца.

Но не может ли второй исход эксперимента иметь другие объяснение. Например, что мясо какое-то не то и личинки не могут в нем появиться. Для этого нужно сделать контрольный опыт: взять большой кусок мяса, разрезать его на две половинки, и эти половинки положить в две банки, после чего одну банку закрыть, а другую оставить открытой. Если личинки не появятся в обеих банках, значит, дело в том, что или мясо не то, или мух поблизости нет. А если личинки появились только в открытой банке, то можно предположить, что дело в отложенных яичках.

Но насколько однозначно второе объяснение? Может быть, личинки в закрытой банке не появились потому, что им там было нечего дышать. Для того, чтобы исключить эту возможность, нужно провести ещё один контрольный эксперимент, обеспечив в банку доступ воздуха, но закрыв её для мух. Для этого нужно просверлить в крышки маленькие дырочки, через которые может проникать воздух, но не могут проникать мухи. А для того, чтобы исключить откладку яиц через дырочки, банку следует положить на бок.

Если на мясе в открытой банке появились личинки, а на мясе в закрытой банке, куда, тем не менее, проходит воздух, личинки не появились, то можно смело сделать вывод о том, что личинки мух в мясе развиваются из отложенных туда яиц.

Рассмотрим теперь некоторые конкретные научные эксперименты, из которых можно сделать далеко идущие выводы.

До работ Галилео Галилея (1564–1642) считалось, что тяжелые тела падают на Землю быстрее, чем легкие. Этот вывод, казалось бы, следует из наблюдений за падением гирьки и листка бумаги. Гирька падает быстро, а листок медленно плывет по воздуху. Но в весе ли здесь дело? Тем более, что легко показать, что гирьки любого веса падают с одинаковой высоты за одинаковое время.

Для того, чтобы проверить это экспериментально, скрутим листок бумаги в бумажный шарик. Его вес не изменился, но падать шарик будет так же быстро, как и гирька. Стало быть, дело не в весе, а в том, что изменилось при скручивании листочка. То есть, с площадью его поверхности. Можно сделать вывод, что на тело, имеющее большую площадь, действует какая-то сила, направленная в противоположную сторону, которая замедляет падение. Такой силой является сопротивление воздуха.

Попробуем теперь определить зависимость время падения от высоты, с которой падает гирька. Для этого нам понадобится какое-то устройство, измеряющее длину, и какое-то устройство, измеряющее короткие промежутки времени (предположим для простоты, что в нашем распоряжении имеется секундомер, которого во времена Ньютона не существовало).

Оказывается, что время падения будет пропорционально не высоте, а корню квадратному из неё. Эту зависимость можно описать формулой h = (a/2)*t², где h и t – это высота и время, а (g/2) – коэффициент пропорциональности. Уже из той формулы видно, что скорость падающего тела непостоянна и вначале тело падает медленно, а затем все быстрее и быстрее.

А теперь вычислим мгновенную скорость падающей гирьки через t₁ после начала падения. За это время тело пройдет расстояние h₁, равное (a/2)*t₁². А мгновенная скорость по определению – это производная пути от времени, которая будет равна a*t₁. Иными словами, скорость падения будет пропорциональна времени, прошедшему с начала падения. А скорость изменения скорости (её называют ускорением) будет равной постоянной величине а.

Если предположить, что сила, действующая на падающее тело, во время падения остается одной и той же, то мы придем к выводу, что от величины силы зависит не скорость (как считали до Галилея), а ускорение.

Как же зависит ускорение от силы, действующие на падающее тело? Силу, которая действует на падающее тело, называют весом. Эту силу можно определить, взвесив тело на весах. Для легкой и тяжелой гирьки она разная. И получается, что ускорение не зависит от силы.

Но возможно и другое объяснение: ускорение пропорционально весу тела, но и вес тела и коэффициент пропорциональности между весом и ускорением одинаково зависят от функции какого-то внутреннего параметра тела. Эту функцию И. Ньютон назвал МАССОЙ и обозначил буквой m. И тогда получились зависимости Р = m*g, P = m*a, где g – константа. Отсюда следует, что а = g при любой массе и весе.

Как сделать выбор между двумя объяснениями, учитывая, что измерять массу мы не можем, а можем измерять только вес.

Идея опыта заключается в том, чтобы тело с одной массой тянуло вниз тело с другой массой. Это можно сделать, связав две гирьки весом P₁ и P₂ ниткой и перекинуть нитку через угол стола так, что первая гирька останется на столе, а вторая будет свисать вниз. При этом на первую гирьку будет действовать сила натяжения нити Q, а на вторую – сила P₂ – Q. Вес первой гирьки, направленный перпендикулярно направлению её движения, будет уравновешиваться силой деформации стола и не окажет влияние на движение.

Если ускорение не зависит от действующей силы, то ускорение падающих гирек не будет зависеть от соотношения их весов. А во втором случае будут выполняться соотношения Q = m₁*a, P₂ – Q = m₂*a, P1 = m₁*g и P₂ = m₂*g, из которого следует, что a = g*P₂/(P₁ + P₂).

Эксперимент подтверждает правильность второго объяснения. Ускорение пропорционально величине действующей силы, но ускорение свободно падающего тела не зависит от его веса, поскольку вес растет пропорционально массе.

Наверное, читатель уже обратил внимание на то, что термин масса фигурирует в двух, вообще говоря, разных смыслах. Во первых, масса – это коэффициент пропорциональности между действующей на тело силой и его ускорением. Во-вторых, масса – это то, что определяет вес тела, то есть силу, с которой Земля его притягивает. Масса в первом смысле (её принято называть ИНЕРТНОЙ МАССОЙ) фигурирует во втором законе Ньютона (ускорение тела пропорционально отношению действующей на него силе к массе тела), масса во втором смысле (её принято называть ГРАВИТАЦИОННОЙ МАССОЙ) – в законе всемирного тяготения (сила гравитационного притяжения между двумя телами пропорциональна произведению их масс). Поэтому в системе Ньютоновской механики существует ещё один явно не сформулированный закон: ИНЕРТНАЯ И ГРАВИТАЦИОННАЯ МАССЫ ТЕЛА РАВНЫ ДРУГ ДРУГУ.

Вопросы:

**. Как Вы понимаете, что такое «идеальный эксперимент»?

**. Как Вы понимаете, что такое «experimentum crucis»?

**. Что такое «контрольный эксперимент»? Приведите примеры.

**. Что такое инертная масса? Гравитационная масса?

Вопросы для любителей подумать:

**. В Зазеркалье справедлив второй закон Ньютона, однако сила гравитационного притяжения между телами пропорциональная корню квадратному из произведения их инертных масс. Какое тело в Зазеркалье падает быстрее: легкое или тяжелое?

**. Представьте себе, что Вы живете в конце XVIII века. Предложите серию экспериментов, предложите серию экспериментов, на основании которой можно было бы сформулировать Закон Кулона?

**. Представьте себе, что Вы живете в 1830 году. Предложите серию экспериментов, с помощью которой можно сформулировать Закон Ома.

Презумпция виновности исследователя

В основе уголовно-правовой системы цивилизованных стран лежит принцип ПРЕЗУМПЦИИ НЕВИНОВНОСТИ. Согласно этому принципу, обвиняемый не обязан доказывать суду свою невиновность. Убедительные доказательства его виновности должен представить прокурор. Если таких доказательств не представлено, или если эти доказательства неубедительны, то обвиняемый признается невиновным.

В науки действует противоположный принцип, принцип ПРЕЗУМПЦИИ ВИНОВНОСТИ АВТОРА. Согласно этому принципу не критики работы должны опровергать утверждения автора, а автор должен доказывать правоту своих утверждений критикам работы. И лишь в том случае, если автор сумел убедительно доказать свои утверждения, его работа признается коллегами.

Без принципа виновности автора наука превратилась бы в кучу недостоверных и недоказанных утверждений. «Ах, Вы не верите в существование биополей», – скажет иной автор своему критику, – «тогда докажите мне, что биополей не существует». Но критик не обязан доказывать отсутствие биополей. ТО, СУЩЕСТВОВАНИЕ ЧЕГО НЕ ДОКАЗАНО, В НАУКЕ СЧИТАЕТСЯ НЕСУЩЕСТВУЮЩИМ. Ибо только на этой основе наука может отделить достоверные результаты от недостоверных.

Перешедший на сторону наших геополитических противников бывший советский разведчик Виктор Суворов справедливо писал о том, что главная задача разведки – это не добывание новых сведений, а их проверка. И о том, что разведывательная организация, придающая значение сплетням, тяжело больна. Все это справедливо и для науки.

Принцип презумпции виновности автора иногда называют ЧАЙНИКОМ РАССЕЛА. В 1952 году выдающийся английский философ Бертран Рассел (1872–1970) писал, что «Если бы я стал утверждать, что между Землей и Марсом» вокруг Солнца по эллиптической орбите вращается фарфоровый чайник, никто не смог бы опровергнуть мое утверждение, добавь я предусмотрительно, что чайник слишком мал, чтобы обнаружить его даже при помощи самых мощных телескопов. Но заяви я далее, что поскольку мое утверждение невозможно опровергнуть, разумный человек не имеет право сомневаться в его истинности, то мне справедливо указали бы, что я несу чушь».

Вопросы:

**. В чем смысл принципа презумпции виновности автора?

**. Откуда взялось выражение «чайник Рассела»?

Вопросы для любителей подумать:

**. Почему в юридической практике признание не считается однозначным доказательством виновности подсудимого?

**. Верите ли Вы в существование чайника, вращающегося по эллиптической орбите между Землей и Марсом? Если не верите, то почему? Ведь его существование никто не опроверг.

**. Как Вы понимаете фразу английского биолога Эдварда Уилсона (род. 1929) «Плодотворный исследователь мыслит, как поэт, а работает, как бухгалтер»?

Публикация научных результатов

Научные результаты становятся достоянием широкой научной общественности после того, как их опубликуют в каком-либо печатном издании. ПУБЛИКАЦИЯ научного результата считается официальным подтверждением того, что автор этот результат действительно получил.

Исследователем, имеющим самое большое число научных публикаций, считается американский математик венгерского происхождения Пал Эрдёш (1913–1996). За свою жизнь он опубликовал 1525 работ.

Научные результаты публикуются, обычно, в виде статей в НАУЧНЫХ ЖУРНАЛАХ. Поступившие в редакцию журнала статьи посылаются на РЕЦЕНЗИЮ крупным специалистам в своей области и, в случае положительной рецензии, публикуются. От поступления статьи в редакцию до публикации проходит, обычно, от нескольких месяцев до двух лет.

К сожалению, бывали случаи, когда из-за отрицательных рецензий ценные научные результаты оказывались не опубликованными вовремя. Так, в 1957 году американский исследователь Артур Корнберг (1918–2007) представил в «Journal of Biological Chemistry» статью, в которой показал, что во внеклеточной системе при добавлении ДНК – затравки и определенной фракции внутриклеточных веществ идет активный синтез ДНК. На статью поступила отрицательная рецензия и статью завернули. К счастью, вскоре в журнале сменился главный редактор и статья была опубликована. А через полтора года осенью 1959 года за эту работу А. Корнберг получил Нобелевскую премию.

В Великобритании выходит журнал «Nature» («Природа») который быстро (в течении месяца) публикует краткие сообщения о принципиально новых научных результатах. Эти сообщения не рецензируются.

В последние годы научные результаты стали все чаще и чаще публиковаться на сайтах в Интернете. Статья, своевременно опубликованная на серьезном сайте в Интернете, приравнивается ныне к статье, опубликованной печатным изданием, и считается официальным подтверждением полученного результата.

Хорошая научная статья должна содержать историю проблемы, которой посвящена работа, постановку задачи, описания методики, использованной в исследовании, описание и обсуждение полученных результатов и выводы. Если при подготовке статьи её автор использовал данные работ, выполненных другими исследователями, то он обязан сослаться на их публикации.

Полезные советы по подготовке научных статей можно найти в учебном пособии, написанном Екатериной Анатольевной Приходовской (род. 1984) (Приходовская, 2016) из Томского университета…

Исследователь, долго работавший над какой-то темой, может написать НАУЧНУЮ МОНОГРАФИЮ, которая издается в виде книги. В таких монографиях приводятся результаты, полученные как самим автором, так и другими исследователями, работавшими по этой же теме. Само собой разумеется, что, приводя данные, полученные другими исследователями, автор ссылается на их публикации.

Эффективность работы того или иного исследователя часто оценивают по числу ссылок на его статьи и монографии.

Считается хорошим тоном в конце опубликованной научной работы выразить благодарности всем тем, кто так или иначе оказывал помощь в её выполнении. Благодарности выражают лаборантам, участвующим в выполнении экспериментов, коллегам, участвующим в обсуждении работы, редакционным работникам, участвовавшим в подготовке рукописи к печати. А одна американская исследовательница выразила в своей монографии благодарность собственному мужу за то, что он не мешал ей заниматься научно-исследовательской работой.

Важную роль в функционировании научного сообщества играют научные конференции, участники которых выступают с докладами перед своими коллегами из разных городов (а, иногда, из разных стран). Но доклады – это не главное. Самое главное на конференциях – это неформальное общение исследователей в кулуарах и за банкетным столом. Именно в ходе такого общения и рождаются новые идеи.

Научные конференции приобрели сегодня и новые черты. Для защиты диссертации или просто для аттестации, научным работникам нужны публикации в ВАКовских изданиях. А труды Всероссийских и Международных конференций приравниваются к ВАКовским изданиям. Поэтому Оргкомитеты ряда конференций делают свои маленький гешефт, публикуя сочинения научных работников за плату. Времена такие!

Вопросы:

**. Зачем рецензируются статьи, поступающие в научные журналы?

**. Какие новые возможности публикации научных результатов создает Интернет?

Вопросы для любителей подумать:

**. Как Вы относитесь к идее создания научного журнала «Ахинея», в котором бы публиковались любые статьи без рецензирования?

**. Разумно ли оценивать эффективность труда научного работника по числу публикаций?

**. Приведите доводы за и против оценки эффективности труда научного работника по числу ссылок на его работы?

**. Зачем писать монографии, если содержащийся в них материал уже опубликован в научных статьях?

**. Один мой знакомый выступил с докладом на Международной научной конференции. За отсутствие на работе в день доклада администрация Института, в котором он работал, записала прогул и вычла день из очередного отпуска. Дайте морально-этическую оценку этому факту.