Традиции и побочные результаты исследования

Как уже отмечалось, в сферу неведения мы проникаем непреднамеренно, т.е. побочным образом. Это значит, что, желая одного, исследователь получает нечто другое, чего он никак не мог ожидать. А всегда ли мы замечаем такие побочные результаты наших действий, всегда ли мы способны их выделить и зафиксировать? Какие факторы при этом играют решающую роль?

Вот как Луиджи Гальвани описывает свое открытие, сыгравшее огромную роль в развитии учения об электричестве: «Я разрезал и препарировал лягушку и, имея в виду совершенно другое, поместил ее на стол, на котором находилась электрическая машинаѕ при полном разобщении от кондуктора последней и на довольно большом расстоянии от него. Когда один из моих помощников острием скальпеля случайно очень легко коснулся внутренних бедренных нервов этой лягушки, то немедленно все мышцы конечностей начали так сокращаться, что казались впавшими в сильнейшие тонические судороги. Другой же из них, который помогал нам в опытах по электричеству, заметил, как ему казалось, что это удается тогда, когда из кондуктора машины извлекается искраѕ Удивленный новым явлением, он тотчас же обратил на него мое внимание, хотя я замышлял совсем другое и был поглощен своими мыслями. Тогда я зажегся невероятным усердием и страстным желанием исследовать это явление и вынести на свет то, что было в нем скрытого».

Вильгельм Оствальд в своей «Истории электрохимии» комментирует это описание следующим образом: «Перед нами здесь типичная история случайного открытия. Исследователь занят совсем другими вещами, но среди условий его работы оказывается налицо, между прочим, такие условия, которые вызывают новые явления. Случайности этого рода встречаются гораздо чаще, чем об этом может поведать нам история, ибо в большинстве случаев такие явления или вовсе не замечаются, или если и замечаются, то не подвергаются научному исследованию. Поэтому, кроме случайности здесь существенно важно еще «до невероятности страстное желание» исследовать новый факт. Вот такое-то желание очень часто отсутствует, потому ли, что первоначальная задача, поставленная себе исследователем, поглощает весь его интерес, так что все новое служит лишь помехой, с устранением коей все дело и кончается, или потому, что исследователь создает себе временное «объяснение», удовлетворяющее до известной степени его пытливость».

В этом комментарии обращают на себя внимание следующие два обстоятельства: во-первых, Оствальд склонен сводить успех в подобных условиях к чисто психологическим особенностям ученого, к его «до невероятности страстному желанию» исследовать новый факт, во-вторых, с его точки зрения, это желание исчезает, если новое явление удается сравнительно легко объяснить. А если не удается? Этого вопроса Оствальд специально не ставит, но фактически на него отвечает в своем последующем анализе.

«Самое интересное во всей этой истории, – пишет он, – то, что у Гальвани не было вовсе основания приходить в столь большое волнение. Что электрические разряды вызывают сокращения мышц, было известно уже и раньше. В такой же мере было известно, что электрический разряд вызывает близ себя электрические процессы и в таких проводниках, которые с первичной цепью вовсе не связаны; явление это называлось «обратным ударом» разряда. Если бы Гальвани обладал всеми научными познаниями своего времени, ему не трудно было бы создать себе целую теорию по поводу наблюдаемого им явления, так что пытливость его могла бы быть вполне удовлетворена».

Может показаться, что мы приходим к довольно тривиальному результату: исследователь обращает внимание на те явления, которые он не может пока объяснить. А зачем обращать внимание на то, что давно понятно? Но, во-первых, уже это означает, что случайные открытия существенно обусловлены не только теми традициями, в рамках которых имел место неожиданный эффект, но и всей совокупностью традиций эпохи или по крайней мере данной науки. А, во-вторых, дело не просто в трудностях объяснения. Явление должно обратить на себя внимание, оно должно потребовать объяснения, а для этого оно должно не укладываться в существующие представления, должно противоречить им. Одно дело, просто встретить незнакомого человека (мало ли мы их встречаем!), другое, – встретить его там, где мы ожидали только близких друзей.

В целом возникает следующая картина. В рамках некоторой достаточно традиционной работы типа препарирования лягушки, мы отмечаем новый и неожиданный эффект. Дело не в том, что эффектов подобного рода не было до сих пор, и не в том, что наряду с отмеченным, не было каких-то других эффектов. Короче, дело не в характере объективной ситуации. Все определяется всеми другими традициями, той нормативной средой, в которой мы работаем. Именно эта среда выделяет случайный эффект, не принимая его в качестве чего-то обычного.

Нельзя не сказать в этой связи несколько слов о «невежестве» Гальвани, которое отмечает Оствальд. «К счастью для науки, – пишет он, продолжая уже приведенные выше рассуждения, – познания его не были столь широкиѕ» Но ведь Гальвани не был физиком, он был биологом и практикующим врачом, в Болонском университете он занимал первоначально кафедру практической анатомии, а позднее – кафедру гинекологии и акушерства. В свете этого Гальвани можно считать своеобразным «пришельцем», но в физику он приносит не новые программы, а способность удивляться тому, что физиков уже не удивляет.

Примером аналогичной фиксации побочного результата может служить открытие Д.И.Ивановского. Изучая мозаичную болезнь табака и используя традиционный для того времени метод фильтрования, Ивановский получает совершенно неожиданный результат: метод не срабатывает, тщательно отфильтрованный сок больного растения сохраняет свои заразные свойства. Этого нельзя не заметить, ибо это противоречит традиции. «Случай свободного прохождения заразного начала через бактериальные фильтрыѕ – пишет Ивановский, представлялся совершенно исключительным в микробиологии». Ивановский настолько поражен, что предполагает первоначально, что фильтруется не сам возбудитель, а яд, растворенный в соке больного растения. Перед нами типичный случай побочного эффекта. Однако выделение и закрепление этого эффекта происходит в той же традиции, видоизменяя, разумеется, ее функции: метод фильтрования становится теперь методом обнаружения «фильтрующихся вирусов».

Движение с пересадками

Предыдущий пример показывает, что выделение и осознание случайных побочных результатов существенно связано с наличием традиций, которым эти результаты противоречат. Традиции как бы отвергают эти результаты, они не способны их ассимилировать, и именно поэтому случайные феномены оказываются вдруг в центре внимания. Грубо говоря, мы не можем не заметить стену, если она перегородила нам путь.

Существует, однако, и другая возможность выделения побочных результатов, противоположная первой. Она состоит в том, что результат, непреднамеренно полученный в рамках одной из традиций, оказывается существенным для другой. Другая традиция как бы «стоит на страже», чтобы подхватить побочный результат. Развитие исследования начинает напоминать движение с пересадками: с одних традиций, которые двигали нас вперед, мы как бы пересаживаемся на другие.

Рассмотрим в качестве иллюстрации историю открытия закона Кулона, известного каждому со школьной скамьи. Интересно и поучительно при этом обратить внимание на то, насколько различны и противоречивы те картины, которые предлагают нам по этому поводу историки физики.

Известный специалист по теории упругости и сопротивлению материалов С.П. Тимошенко пишет о Кулоне следующее: «Он изобрел для измерения малых электрических и магнитных сил весьма чувствительные крутильные весы, а в связи с этим исследовал прочность проволоки на кручение.» Получается так, что Кулон с самого начала исходил из задачи измерения сил взаимодействия электрических зарядов и в поисках решения каким-то чудом изобрел новый прибор. Что касается его работ по теории упругости, то они представляют собой нечто вторичное и целиком вытекают из идеи построения крутильных весов. Перед нами пример непостижимого для окружающих гениального озарения. Ни о каких программах здесь не может быть и речи.

Но так ли это? Обратимся к некоторым фактам биографии Кулона. По образованию он инженер. Поступив на военную службу, он попадает на остров Мартинику, где на протяжении девяти лет принимает участие в строительных работах. Свой опыт инженера он обобщает в трактате, представленном в 1773 г. во Французскую Академию наук. Трактат посвящен строительной механике и изучению механических свойств материалов. Вернувшись во Францию, Кулон и здесь работает в качестве инженера и продолжает свои научные изыскания в той же области. Уже в 1777 г. он публикует исследования об измерении кручения волос и шелковых нитей, а позднее, в 1784 г. присоединяет к ним мемуар о кручении металлических проволок. Две последние даты очень важны, если учесть, что первая работа Кулона, посвященная его знаменитому закону, появилась только в 1785 г., т. е. через восемь лет после того, как он занялся кручением нитей.

О чем все это говорит? Прежде всего о том, что исследования Кулона по теории упругости носили совершенно самостоятельный характер и никак не вытекали из идеи измерения электрических или магнитных взаимодействий. Кулон – инженер и по интересам, и по роду работы, а его исследования целиком укладываются в рамки традиции или, если угодно, парадигмы строительной механики и теории упругости. Здесь, кстати, все, что он делает, вполне естественно и понятно и никак не нуждается в предположении гениального озарения. Итак, по крайней мере одна научная программа в работах Кулона налицо.

Как же осуществляется переход к исследованиям в области электричества? В «Истории физики» Б.И. Спасского читаем следующее: «Для определения силы взаимодействия между электрическими зарядами Кулон построил специальный прибор – крутильные весы. Конструируя этот прибор, Кулон применил ранее открытый им закон пропорциональности между углом закручивания упругой нити и моментом силы». Спасский, в отличие от Тимошенко, не считает, что исследования Кулона по теории упругости носили вторичный характер и вытекали из задачи построения крутильных весов. Создавая эти весы, Кулон просто использовал уже открытый им ранее закон закручивания проволоки. Спасский, однако, как и Тимошенко, настаивает, что весы построены специально для электрических измерений.

Но так ли это? Парадокс заключается в том, что крутильные весы Кулону вовсе не надо было специально строить, они у него уже были задолго до того, как он приступил к определению силы взаимодействия между зарядами. Весы уже были, их надо было только увидеть. Действительно, та установка, которую Кулон использовал при изучении кручения нитей – это и есть крутильные весы. Ее нужно было только переосмыслить. В общем плане это выглядит так: изучив влияние явления X на явление Y, мы получаем возможность использовать Y как прибор при изучении X. Но Кулон мог и не опираться на этот общий принцип, ибо у него был конкретный образец аналогичного функционального переосмысления экспериментальной установки в работах основателя теории упругости Роберта Гука. Исследуя деформацию спиральных и винтовых пружин, Гук тут же осознает свои результаты как изобретение особых «философских весов», необходимых для того, «чтобы определять вес любого тела без применения гирь». Иными словами, и здесь Кулон работал в рамках определенной традиции.

Итак, крутильные весы не нужно было специально ни изобретать, ни строить. Кулону требовалось только понять, что решая одну задачу, он, сам того не желая, решил и вторую. Определяя, как угол закручивания нити зависит от действующей силы, он получил тем самым и метод измерения сил. Но тут мы как раз и подходим к самому интересному. До сих пор Кулон работал, как мы уже отмечали, в традиции теории упругости и сопротивления материалов. Однако переосмыслить свою экспериментальную установку и осознать ее как весы, он может только благодаря другой традиции, традиции измерения. Эта последняя определяет совершенно новую точку зрения на происходящее, она только и ждет, чтобы подхватить побочный результат предыдущей работы.

Но переосмыслив свою экспериментальную установку как весы, Кулон точно вступает на широкую столбовую дорогу, на которой можно встретить людей с очень разными приборами и разными задачами. Среди того, что их объединяет, нам важно следующее: методы измерения в широких пределах безразличны к конкретному содержанию тех дисциплин, где они применяются. Не удивительно поэтому, что традиция измерения сразу же уводит Кулона за пределы его первоначальной сравнительно узкой области.

«Кулон, по-видимому, интересовался не столько электричеством, сколько приборами, – пишет Г.Липсон. – Он придумал чрезвычайно чувствительный прибор для измерения силыѕ и искал возможности его применения». Как мы уже видели, Кулону ничего не надо было «придумывать», но в остальном с Липсоном можно согласиться. Получив в свои руки метод измерения малых сил, Кулон сразу становится как бы «космополитом» и начинает путешествовать из одной сферы экспериментального исследования в другую. Правда, и теперь он не сразу приступает к проблемам теории электричества, но начинает с исследования трения между жидкостями и твердыми телами. Это еще раз подчеркивает, что измерение силы взаимодействия между зарядами никогда не было его исходной задачей – ни при изучении кручения нитей, ни при «построении» крутильных весов. Не метод строился здесь под задачу, а наоборот, наличие метода требовало поиска соответствующих задач.

Подведем некоторые итоги. Мы пытались показать, что Кулона вовсе не посещало гениальное озарение. Скорей наоборот, он все время движется как бы по проторенным дорогам. Мы при этом отнюдь не хотели как-то принизить его достижения в области сопротивления материалов и теории упругости. Он прочно вошел в историю этих дисциплин как талантливый исследователь. Но он здесь продолжатель уже существующих традиций, которые были заложены еще Галилео Галилеем и Робертом Гуком. Может быть, в развитии учения об электричестве он стоит совершенно обособленно? Оказывается, что и это не так. К формулировкам, близким к закону Кулона, чисто теоретически подходили Эпинус (1759 г.), Пристли (1771 г.), Кавендиш (1773 г.). Иногда этот закон даже называют законом КулонаКавендиша. И в то же время очевидно, что Кулон не помещается полностью ни в одной из этих традиций, и это выдвигает его фигуру на совершенно особое место. Закон Кулона не мог быть вскрыт в рамках парадигмы теории упругости, крутильные весы не могли появиться в рамках учения об электричестве. Своеобразие Кулона в том и состоит, что он оказался в точке взаимодействия указанных традиций, соединив их в себе неповторимым образом.

Путь Кулона – это как бы движение по проторенным дорогам, но с пересадками. Раньше эта дорога сопротивления материалов и теории упругости, затем традиция измерения сил. «Пересадка» возможна благодаря появлению особого объекта (в данном случае – это экспериментальная установка при исследовании кручения), который может быть осмыслен и использован в рамках как одной, так и другой традиции работы. Но не так ли и железнодорожная станция, лежащая на пересечении нескольких дорог?

Крайне любопытна дальнейшая судьба закона Кулона. Его открытие, как подчеркивает Я.Г. Дорфман, «не внеслоѕ на первых порах никаких новых результатов в развитие учения об электричестве. Плоды этого важного открытия обозначились лишь примерно через 25 лет, когда Пуассон с помощью этого закона решил математическую задачу о распределении заряда на различных проводниках и системах проводников (1811 г.)». Что же произошло? Дело в том, что закон Кулона по своей математической форме совпадает с законом всемирного тяготения Ньютона. Именно на это и обратил внимание Пуассон, после чего в электростатику хлынули математические методы теоретической механики, которые разрабатывались до этого в трудах Эйлера, Лагранжа и Лапласа. Это методы математической теории потенциала. Пуассон в своей работе 1811 г. как раз и осуществляет распространение математического понятия потенциала на электрическое и магнитное поля. «Весь этот быстрый прогресс теории электричества, – пишет Марио Льоцци, – был бы невозможен без предварительного развития идей и аналитических методов теоретической механики».

И здесь, следовательно, мы имеем дело с взаимодействием различных традиций, и Пуассон как бы осуществляет «пересадку» с одного поезда на другой. Пример показывает, что недостаточно просто получить какой-то результат, недостаточно сделать открытие, важно, чтобы сделанное было подхвачено какой-либо достаточно мощной традицией.

Примеров подобного рода можно привести много и без особого труда, что показывает, что мы имеем дело с устойчивой закономерностью. Вот описание первых шагов в развитии радиоастрономии: «Радиоастрономия зародилась в 19311932 гг., когда в процессе экспериментов по исследованию высокочастотных радиопомех в атмосфере (высокочастотных для обычного радиовещания, но низкочастотных с точки зрения радиоастрономии) Янский из лаборатории телефонной компании «Белл» обнаружил, что «Полученные данныеѕ указывают на присутствие трех отдельных групп шумов: группа 1 – шумы от местных гроз; 2 – шумы от далеких гроз и группа 3 – постоянный свистящий шум неизвестного происхождения». Позднее Янский выяснил, что неизвестные радиоволны приходят от центра Млечного Пути.

Для того, чтобы стать открытием, новый метод должен был проникнуть в астрономию, но астрономы не обратили на работы Янского почти никакого внимания. Успеха добивается его последователь радиоинженер Рибер, который строит около своего дома первый параболический радиотелескоп, изучает астрофизику и вступает в личные контакты с астрономами. Только публикация в 1940 г. первых результатов Рибера послужила толчком к объединению усилий астрономов и радиоинженеров.

С аналогичной ситуацией мы сталкиваемся у истоков воздушной археологии. Один из пионеров этого метода Кроуфорд считает датой его рождения 1922 г. Решающий эпизод состоял в следующем: Кроуфорда попросили посмотреть несколько аэрофотоснимков, сделанных офицерами британских ВВС; военным показалось, что на снимках есть «что-то археологическое». Это «археологическое» было прежде всего древними межевыми валами, исследованием которых Кроуфорд тщетно пытался заниматься еще в юности. «Я хорошо помню, – пишет он, – как все произошло. Кларк-Холл показал мне свои снимки. Они были покрыты прямоугольными белыми фигурами, которые сразу же напомнили мне то, что я тщетно пытался нанести на карту около десяти лет назад. Здесь, на этих нескольких фотографиях, был ответ на мучивший меня вопрос».

Трудно заподозрить военных в недостаточной традиционности. Очевидно, что они вовсе не собирались заниматься археологией. Археологические данные появляются на аэрофотоснимках столь же неожиданно, как космические источники радиоволн в исследованиях радиоинженера Янского. Традиционен и Кроуфорд, когда узнает на фотоснимках давно знакомые ему в принципе объекты. Все традиционны, и тем не менее происходит революция. Все полностью соответствует уже рассмотренной нами схеме: побочные результаты, полученные в рамках одной традиции, подхватываются другой, которая точно стоит на страже.