Радость науки. Важнейшие основы рационального мышления

Научный метод

Когда мы говорим о научном методе, может сложиться ощущение, будто бы существует лишь один способ заниматься наукой. Это неверно. Космологи разрабатывают экзотические теории, объясняющие астрономические наблюдения; медики проводят рандомизированные контрольные испытания для проверки эффективности нового лекарства или вакцины; химики смешивают соединения в пробирках, чтобы посмотреть, как они реагируют; климатологи создают сложные компьютерные модели, имитирующие взаимодействие и поведение атмосферы, океанов, суши, биосферы и Солнца; а Эйнштейн, решая алгебраические уравнения и много размышляя, выяснил, что время и пространство могут искривляться в гравитационном поле. Хотя этот список далеко не полный, в нем прослеживается общая тема. Можно сказать, что все вышеперечисленные действия связаны с любопытством к некоторым аспектам мира – природе пространства и времени, свойствам материи, работе человеческого тела – и желанием узнать больше, достичь более глубокого понимания.

Но не слишком ли это широкое обобщение? Например, историкам тоже любопытно. Они тоже ищут доказательства, чтобы проверить гипотезу или раскрыть какой-то ранее неизвестный факт о прошлом. Должны ли мы тогда считать историю отраслью науки? А как насчет сторонника теории заговора, который утверждает, что Земля плоская? Разве он или она не так же любопытны, как ученый, разве не так же они стремятся найти рациональные доказательства, подтверждающие их мнение? Почему же тогда мы не говорим, что их метод научен? Ответ заключается в том, что, в отличие от ученых или даже историков, сторонники теории заговора о плоской Земле не будут готовы отвергнуть свою теорию, когда им представят неопровержимые доказательства обратного, такие как снимки НАСА из космоса, показывающие кривизну нашей планеты. Очевидно, что простое любопытство к миру еще не означает, что кто-то мыслит научно.

Существует ряд особенностей, отличающих научный метод от других идеологий, например фальсифицируемость, повторяемость, важность неопределенности и ценность признания ошибок, и в этой книге мы обсудим каждую из них. Сейчас же давайте кратко рассмотрим несколько особенностей, присущих как научному методу, так и другим способам мышления – способам, которые мы не обязательно считаем настоящей наукой, – и убедимся, что ни одна из этих особенностей сама по себе не достаточна для удовлетворения строгим требованиям научного метода.

В науке следует продолжать проверять и подвергать сомнению утверждение или гипотезу, даже если существуют убедительные доказательства в их пользу. Это необходимо, потому что научные теории обязательно фальсифицируемы, то есть должен быть способ доказать ложность научной теории. Приведу классический пример: я мог бы выдвинуть научную теорию о том, что все лебеди белые. Эта теория фальсифицируема, поскольку вы могли бы доказать ее ложность^[4], увидев хотя бы одного лебедя другого цвета. Если будет обнаружено, что доказательства противоречат моей теории, то теория должна быть изменена или отброшена. Причина, по которой теории заговора не являются настоящей наукой, заключается в том, что никакое количество противоположных доказательств не разубедит их сторонников. Более того, истинный сторонник теории заговора считает любые доказательства подкрепляющими его или ее ранее существовавшие взгляды. Ученый же придерживается противоположного подхода. Мы меняем свое мнение в свете новых данных, потому что нас учат избегать абсолютной уверенности фанатика, настаивающего на том, что существуют только белые лебеди.

Научная теория также должна быть проверяемой и поддерживаться эмпирическими свидетельствами и данными. То есть мы должны быть в состоянии использовать научную теорию для составления прогнозов, а затем видеть, подтверждаются ли эти прогнозы экспериментами или наблюдениями. Но опять же, одного этого недостаточно. В конце концов, астрологическая карта тоже дает предсказания. Делает ли это астрологию настоящей наукой? А что, если предсказание астролога сбудется? Является ли это «знаком качества»?

Позвольте рассказать вам историю о сверхсветовых нейтрино. Как предсказывает специальная теория относительности Эйнштейна, опубликованная им в 1905 году, ничто во Вселенной не может двигаться быстрее света. Физики сейчас настолько уверены в правоте этого утверждения, что обычно считают ошибочным измерение, показывающее, будто что-то движется быстрее света. Однако именно об этом сообщалось в 2011 году в ставшем широко известным эксперименте с пучком субатомных частиц, называемых нейтрино. Большинство физиков не поверили результатам. Объяснялось ли это их догматичностью и консервативностью? Непрофессионал вполне может так подумать. Сравните это с астрологом, который предсказывает, что вы получите хорошие новости, поскольку ваши звезды сойдутся во вторник, и предсказание которого сбывается, когда ваш босс предлагает вам повышение. В одном случае мы имеем теорию, противоречащую экспериментальным данным, а в другом – теорию, предсказание на основе которой подтверждается событиями. Как же тогда мы можем говорить, что теория относительности является настоящей научной теорией, а астрология – нет?

Как оказалось, физики были правы, не отвергнув поспешно теорию относительности, ведь команда, проводившая эксперимент с нейтрино, вскоре обнаружила, что оптоволоконный кабель был плохо вставлен в разъем устройства синхронизации, и исправление этой неполадки устранило ложные результаты, показывавшие, будто бы нейтрино движутся быстрее света. Дело в том, что если бы этот эксперимент действительно был правильным и нейтрино двигались бы быстрее света, то тысячи других экспериментов, доказавших обратное, должны были бы являться ошибочными. Но удивительным экспериментальным результатам нашлось рациональное объяснение, и теория относительности осталась незыблемой. И все же мы доверяем ей не потому, что она пережила опровержение (в конечном счете признанное ошибочным) экспериментальным результатом, а потому, что многие другие экспериментальные результаты подтвердили правильность этой теории. Другими словами, эта теория фальсифицируема и проверяема, и все же она продолжает оставаться сильной, соответствуя очень многому из того, что мы считаем истинным о Вселенной.

Верное астрологическое предсказание – это, напротив, чистая удача, поскольку никакой физический механизм не может его объяснить. Например, со времен изобретения астрологических знаков вид звездного неба изменился из-за смещения земной оси; таким образом, вы все равно родились не под тем знаком, о котором, вероятно, думали. Что важнее, наше современное астрономическое понимание истинной природы звезд и планет сделало бесполезной любую теоретическую основу для придания значения астрологическим знакам. В любом случае, если бы астрология работала и далекие звезды, свет которых идет до нас много лет и гравитационные эффекты которых слишком слабы, чтобы ощущаться на Земле, могли бы влиять на будущие события в умопомрачительно сложных делах человечества, тогда это означало бы, что всю физику и астрономию следует отбросить и что нам требуется новое, иррациональное и сверхъестественное объяснение всех явлений, которые в настоящее время так хорошо объясняет наука и на которых построен современный мир, включая все его технологии.

Еще одна особенность научного метода, о которой часто приходится слышать, заключается в том, что наука самокорректируется. Но поскольку наука – это лишь процесс, способ познания мира и взаимодействия с ним, то неправильно думать, будто это подразумевает, что сама наука обладает некой субъектностью. В действительности это утверждение означает, что ученые корректируют друг друга. Наукой занимаются люди. А мы знаем, что люди совершают ошибки, тем более что, как мы уже упоминали, мир – сложное и запутанное место. Итак, мы проверяем идеи и теории друг друга, спорим и обсуждаем, интерпретируем данные, слушаем, модифицируем, экстраполируем – иногда мы полностью отказываемся от идеи или результата эксперимента, если другие ученые или даже мы сами показываем, что они ошибочны. Важно отметить, что мы считаем это силой, а не слабостью, поскольку мы не возражаем против того, чтобы нам доказали обратное. Естественно, мы хотим, чтобы наши теории или интерпретации данных оказались правильными, но мы не цепляемся за них, когда есть убедительные доказательства обратного. Если мы ошиблись, значит, ошиблись, и мы не можем спрятаться от этого – и было бы стыдно даже пытаться. Вот почему мы делаем все, чтобы подвергнуть собственные идеи самой жесткой критике и проверке, какие только можно придумать, прежде чем объявить о них, и даже тогда мы «показываем всю свою кухню» и даем количественную оценку своей неопределенности. В конце концов, даже если мы повсюду искали черного лебедя и не увидели его, это не значит, что где-то нет такого черного лебедя, которого мы просто еще не нашли.

Когда нужно определить, является ли что-то «настоящей» наукой, я не утверждаю, будто бы существует список критериев, по которым можно об этом судить. Нет набора квадратиков, в которых можно ставить галочки, разграничивая науку и ненауку, – поскольку в науке есть масса случаев несоответствия одному или даже нескольким критериям научного метода. Я могу легко вспомнить ряд примеров из родной для меня области физики. Является ли теория суперструн – математическая идея о том, что вся материя состоит из крошечных струн, вибрирующих в высших измерениях, – не настоящей наукой, потому что мы (пока) не знаем, как ее проверить, и поэтому не можем утверждать, что она фальсифицируема? Разве теория Большого взрыва и расширения Вселенной не являются настоящей наукой лишь потому, что они не повторяемы? Дело науки и то, как мы ею занимаемся, слишком широки, чтобы их аккуратно «упаковать», и их не следует рассматривать как нечто герметично закрытое, отделенное от других видов деятельности – истории, искусства, политики или религии. Эту книгу я пишу не для того, чтобы четко сформулировать разграничения или детально перечислить отличия, и не для того, чтобы раскрыть изъяны и недостатки научного метода. Скорее, я стремлюсь выделить лучшее в науке и ее методе и показать, что ее можно использовать во благо, применяя к другим сферам жизни.

Конечно, существует множество способов улучшить научные исследования, проводимые в реальном мире. Например, если официальной наукой занимаются преимущественно белые люди в западном мире и они же ее обосновывают, не означает ли это, что она пропитана или даже сформирована определенными предрассудками будь то намеренно или невольно? Можно предположить, что если разнообразие взглядов невелико или вовсе отсутствует и все ученые смотрят на мир, думают и задают вопросы одинаково, то они как сообщество не будут такими объективными, какими себя считают или, по крайней мере, какими стремятся быть. Решение состоит в том, что в научной практике должно быть гораздо больше разнообразия: полового, этнического, социального и культурного. Наука работает, потому что ею занимаются люди, движимые любопытством к миру природы и проверяющие свои идеи и идеи друг друга с максимального числа возможных точек зрения. Когда наукой занимается разнообразная группа людей и если складывается консенсус в отношении определенной области научных знаний, тогда мы можем быть более уверены в ее объективности и истинности. Демократизированная наука способна помочь предотвратить появление догм, при которых целое сообщество ученых в определенной области принимают набор предположений или идей как безусловные, никогда не подвергая их дальнейшему сомнению, вплоть до того, что голоса несогласных подавляются или отвергаются. Однако следует проводить важное различие между догмой и консенсусом, поскольку иногда их можно спутать. Устоявшиеся научные идеи заслужили право на широкое признание и доверие даже несмотря на то, что однажды они могут быть улучшены или заменены, поскольку к настоящему моменту они выдержали множество разнообразных вопросов и испытаний, которым подвергались.