Структура научных революций
Шрифт:
Тем не менее открытие рентгеновских лучей было не только удивительным, но и потрясающим. Лорд Кельвин объявил их вначале тщательно разработанной мистификацией [58] . Другие же, хотя и не сомневались в доказательстве, были явно потрясены открытием. Если наличие рентгеновских лучей и не вступало в явное противоречие с установившейся теорией, они всё же нарушали глубоко укоренившиеся ожидания. Эти ожидания, как я полагаю, скрыто присутствовали в проведении и интерпретации отработанных лабораторных процедур.
58
S. P. Thompson. The Life of Sir William Thomson Baron Kelvin of Largs London, 1910, II, p. 1125.
К 90-м годам XIX века установками для получения катодных лучей было оснащено множество лабораторий в Европе. Если установка Рентгена позволяла получать рентгеновские лучи, то многие другие экспериментаторы, должно быть, в течение некоторого времени получали эти лучи, но сами этого не знали. Возможно, что эти лучи могли иметь точно так же и другие неизвестные источники и таким образом присутствовали и в других явлениях, объяснённых ранее без упоминания о рентгеновских лучах. По крайней мере некоторые виды хорошо известных приборов следовало с этого времени снабжать свинцовыми экранами. Теперь предварительно выполненную по проектам нормальной науки работу необходимо было проделать заново, поскольку до сих пор учёным не удавалось узнать и проконтролировать соответствующие
Короче говоря, решение использовать особый вид аппаратуры и эксплуатировать его особым образом влечёт за собой допущение, сознательно или нет, что будут иметь значение только определённые виды условий. Ожидания бывают как инструментальные, так и теоретические, и они часто играли решающую роль в развитии науки. Одно из таких ожиданий, например, имело большое значение в истории запоздалого открытия кислорода. Используя стандартный способ проверки воздуха на «доброкачественность», и Пристли и Лавуазье смешивали два объёма обнаруженного ими газа с одним объёмом окиси азотистой кислоты, встряхивали смесь в присутствии воды и измеряли объём оставшегося газа. Предыдущий опыт, на основе которого была установлена эта стандартная процедура, гарантировал им, что для атмосферного воздуха остаток должен быть равен одному объёму и что для любого другого газа (или для неочищенного воздуха) он должен быть больше. В эксперименте с кислородом как Пристли, так и Лавуазье обнаружили остаток, близкий одному объёму, и в соответствии с этим идентифицировали газ. Только значительно позже и в какой-то степени случайно Пристли отбросил стандартную процедуру и попытался смешивать окись азотистой кислоты с газом в другой пропорции. Тогда он и обнаружил, что с учетверённым объёмом окиси азотистой кислоты остатка вообще почти не наблюдается. Его предписание относительно исходной процедуры контрольного эксперимента — процедуры, санкционированной большим предшествующим опытом, — было одновременно предписанием отрицать существование газов, которые могли вести себя так, как кислород [59] .
59
Conant. Op. cit., p. 18—20.
Иллюстрации такого рода можно было бы умножить, обращаясь, например, к причинам того, почему так поздно было правильно понято деление урана. Одна из причин, почему эта ядерная реакция оказалась особенно трудной для распознания, заключалась в том, что учёные, знавшие, чего можно ожидать при бомбардировке урана, предпочитали химические способы проверки, направленные главным образом на элементы верхнего ряда периодической системы элементов [60] .
Должны ли мы, наблюдая за тем, как часто такие инструментальные предписания приводят к заблуждениям, сделать вывод, что наука должна отказаться от стандартных проверок и стандартных инструментов? Это могло бы привести к неразберихе в методе исследования. Процедуры парадигмы и её приложения необходимы науке так же, как парадигмальные законы и теории, и служат тем же самым целям. Они неизбежно сужают область явлений, доступную в данное время для научного исследования. Осознавая это, мы в то же время можем видеть тот существенный момент, согласно которому открытия, подобные открытию рентгеновских лучей, делают необходимым изменение парадигмы — и, следовательно, изменение как процедур, так и ожиданий — для определённой части научного сообщества. В результате мы можем также понять, каким образом открытие рентгеновских лучей могло показаться многим учёным открытием нового странного мира и могло так эффективно участвовать в кризисе, который привёл к физике XX века.
60
K. K. Darrow. Nuclear Fission. — «Bell System Technical Journal», XIX, 1940, p. 267—289. Криптон, один из основных продуктов деления, невозможно было обнаружить химическим способом до тех пор, пока реакция не была правильно понята. Барий, второй продукт, был почти обнаружен химическим путём на поздней стадии исследования, потому что оказалось, что элемент, присоединяемый к радиоактивному раствору, осаждает тяжёлый элемент, ради которого химики затевали эксперимент. Неудачи отделений связанного бария от радиоактивного продукта в конце концов привели (после того как реакция неоднократно исследовалась в течение почти пяти лет) к следующему заключению: «Как химики, мы должны прийти через это исследование… к изменению всех наименований в предшествующей схеме реакции и, таким образом, писать Ba, La, Ce, вместо Ra, Ac, Th. Но, как „ядерные химики“ с уклоном в физику, мы не можем совершать скачок, который был бы опровержением всего предшествующего опыта атомной физики. Возможно, что наши результаты являются обманчивыми вследствие серии странных случайностей» (О.HahnandF.Strassman. Über den Nachweis und das Verhalten der bei der Bestrahlung des Urans mittels Neutronen entstehended) Erdalkalimetalle. — «Die Naturwissenschaften», XXVII [l 939], S. 15).
Наш последний пример научного открытия — создание лейденской банки — относится к классу, который можно характеризовать как открытия, «индуцированные теорией» (theory-induced). На первый взгляд этот термин может показаться парадоксальным. Многое из того, что было сказано до сих пор, внушало мысль, что открытия, предсказанные теорией заранее, являются частями нормальной науки, в результате чего в рамках этих открытий новые виды фактов отсутствуют. Выше я касался, например, открытий новых химических элементов во второй половине XIX века как примеров деятельности нормальной науки. Но не все теории являются парадигмальными. И в течение допарадигмального периода, и в течение кризисов, которые приводят к крупномасштабному изменению парадигмы, учёные обычно разрабатывают много спекулятивных и туманных теорий, которые могут сами по себе указать путь к открытию. Однако часто такое открытие не является открытием, которое полностью предвосхищено спекулятивными пробными гипотезами.
Только когда эксперимент и пробная теория оказываются соответствующими друг другу, возникает открытие и теория становится парадигмой.
Создание лейденской банки обнаруживает все указанные и даже дополнительные черты, которые мы рассматривали выше. Когда оно произошло, для исследования электричества не было единой парадигмы. Вместо этого был целый ряд теорий, выведенных из исследования сравнительно доступных явлений и конкурировавших между собой. Ни одна из них не достигла цели в упорядочении всего многообразия электрических явлений. Эта неудача становится источником некоторых аномалий, которые стимулировали изобретение лейденской банки. Одна из соперничающих школ рассматривала электричество как флюид, и эта концепция привела ряд исследователей к попытке собрать флюид с помощью стакана, наполненного водой, который держали в руках, а вода имела контакт через проводник с действующим электрогенератором. Отодвигая банку от машины и касаясь воды (или проводника, который соединялся с нею) свободной рукой, каждый исследователь ощущал резкий удар током. Однако эти первые эксперименты ещё не привели исследователей электричества к созданию лейденской банки. Её проект созревал очень медленно. И опять невозможно точно сказать, когда её открытие было осуществлено. Первоначальные попытки собрать электрический флюид оказались осуществимыми только потому, что исследователи держали стакан в своих руках, в то время как сами стояли на земле. К тому же исследователи электричества должны ещё были убедиться, что банка нуждается в наружном и внутреннем проводящем покрытии и что флюид в действительности, вообще говоря, не заполняет банку. Когда
61
О различных этапах эволюции лейденской банки см.: I.B.Cohen. Franklin and Newton: An Inquiry into Speculative Newtonian Experimental Science and Franklin's Work in Electricity as an Example Thereof. Philadelphia, 1956, p. 385—386, 400—406, 452—467, 506—507. Последняя стадия описана Уиттакером: Whittaker. Op. cit., p. 50—52.
В большей или меньшей степени (соответственно силе потрясения от непредвиденных результатов) общие черты, присущие трём примерам, приведённым выше, характеризуют все открытия новых видов явлений. Эти характеристики включают: предварительное осознание аномалии, постепенное или мгновенное её признание — как опытное, так и понятийное, и последующее изменение парадигмальных категорий и процедур, которое часто встречает сопротивление. Можно даже утверждать, что те же самые характеристики внутренне присущи самой природе процесса восприятия. В психологическом эксперименте, значение которого заслуживает того, чтобы о нём знали и непсихологи, Дж. Брунер и Л. Постмен просили испытуемых распознать за короткое и фиксированное время серию игральных карт. Большинство карт были стандартными, но некоторые были изменены, например красная шестёрка пик и чёрная четвёрка червей. Каждый экспериментальный цикл состоял в том, что испытуемому показывали одну за другой целую серию карт, причём время показа карт постепенно возрастало. После каждого сеанса испытуемый должен был сказать, что он видел, а цикл продолжался до тех пор, пока испытуемый дважды не определял полностью правильно всю серию показываемых карт [62] .
62
J. S. Bruner and L. Postman. On the Perception of Incongruity: A Paradigm. — «Journal of Personality», XVIII, 1949, p. 206—223.
Даже при наикратчайших показах большинство испытуемых распознавали значительную часть карт, а после небольшого увеличения времени предъявления, все испытуемые распознавали все карты. С нормальными картами распознавание обычно протекало гладко, но изменённые карты почти всегда без заметного колебания или затруднения отождествлялись с нормальными. Чёрная четвёрка червей, например, могла быть опознана как четвёрка пик либо как четвёрка червей. Без какого-либо особого затруднения испытуемый мгновенно приспосабливался к одной из концептуальных категорий, подготовленных предшествующим опытом. Нельзя даже с уверенностью сказать, что испытуемые видели нечто отличное от того, что они идентифицировали. При последующем увеличении экспозиции изменённых карт испытуемые начинали колебаться и обнаруживали осознание аномалии. Например, видя красную шестёрку пик, некоторые говорили: «Это — шестёрка пик, но здесь что-то не так — чёрное имеет красное очертание». Дальнейшее увеличение экспозиции вызывало ещё большее сомнение и замешательство до тех пор, пока в конце концов, иногда совершенно внезапно, большинство испытуемых начинало производить идентификацию правильно. Кроме того, после подобной процедуры с двумя или тремя аномальными картами испытуемые в дальнейшем сталкивались с меньшими трудностями с другими картами. Однако оказалось, что некоторое количество испытуемых так и не смогло произвести надлежащую корректировку своих категорий. Даже после увеличения времени показа в сорок раз против средней продолжительности экспозиции, необходимой для распознания нормальной карты, более чем 10 процентов аномальных карт не было опознано ими правильно, причём испытуемые, которым не удавалось выполнить задание, часто испытывали горькую досаду. Один из них воскликнул: «Я не могу определить ни одной масти. Она даже не похожа на карту. Я не знаю, какой масти она сейчас: пиковая или червовая. Я не уверен сейчас, как выглядят пики. Боже мой!» [63] . В следующем разделе мы убедимся в том, что учёные ведут себя иногда подобным же образом.
63
Ibid., p. 218. Мой коллега Постмен сказал, что, зная все детали эксперимента заранее, он тем не менее, глядя на нелепые карты, испытывал сильное чувство неловкости.
Независимо от того, считать ли сопоставление с подобными экспериментами метафорическим или отражающим природу разума, эти психологические эксперименты дают удивительно простую и убедительную схему процесса научного открытия. В науке, как и в эксперименте с игральными картами, открытие всегда сопровождается трудностями, встречает сопротивление, утверждается вопреки основным принципам, на которых основано ожидание. Сначала воспринимается только ожидаемое и обычное даже при обстоятельствах, при которых позднее всё-таки обнаруживается аномалия. Однако дальнейшее ознакомление приводит к осознанию некоторых погрешностей или к нахождению связи между результатом и тем, что из предшествующего привело к ошибке. Такое осознание аномалии открывает период, когда концептуальные категории подгоняются до тех пор, пока полученная аномалия не становится ожидаемым результатом. В этом пункте процесс открытия заканчивается. Я уже подчёркивал, что с этим процессом или с каким-либо весьма подобным ему связано возникновение всех научных открытий. Позвольте мне сейчас обратить внимание на то, что, осознавая этот процесс, мы можем в конце концов понять, почему нормальная наука, не стремясь непосредственно к новым открытиям и намереваясь вначале даже подавить их, может быть тем не менее постоянно эффективным инструментом, порождающим эти открытия.
В развитии любой науки первая общепринятая парадигма обычно считается вполне приемлемой для большинства наблюдений и экспериментов, доступных специалистам в данной области. Поэтому дальнейшее развитие, обычно требующее создания тщательно разработанной техники, есть развитие эзотерического словаря и мастерства и уточнение понятий, сходство которых с их прототипами, взятыми из области здравого смысла, непрерывно уменьшается. Такая профессионализация ведёт, с одной стороны, к сильному ограничению поля зрения учёного и к упорному сопротивлению всяким изменениям в парадигме. Наука становится всё более строгой. С другой стороны, внутри тех областей, на которые парадигма направляет усилия группы, нормальная наука ведёт к накоплению подробной информации и к уточнению соответствия между наблюдением и теорией, которого невозможно было бы достигнуть как-то иначе. Кроме того, такая детальная разработка и уточнение соответствия имеют ценность, которая превышает интерес (обычно незначительный) к собственно внутреннему содержанию этой работы. Без специальной техники, которая создаётся главным образом для ожидаемых явлений, открытия новых фактов не происходит. И даже когда такая техника существует, первооткрывателем оказывается тот, кто, точно зная, чего он ожидает, способен распознать то, чту отклоняется от ожидаемого результата. Аномалия появляется только на фоне парадигмы. Чем более точна и развита парадигма, тем более чувствительным индикатором она выступает для обнаружения аномалии, что тем самым приводит к изменению в парадигме. В нормальной модели открытия даже сопротивление изменению приносит пользу. Этот вопрос будет более полно разработан в следующем разделе. Гарантируя, что парадигма не будет отброшена слишком легко, сопротивление в то же время гарантирует, что внимание учёных не может быть легко отвлечено и что к изменению парадигмы приведут только аномалии, пронизывающие научное знание до самой сердцевины. Тот факт, что важные научные новшества так часто предлагались в одно и то же время несколькими лабораториями, указывает на в значительной мере традиционную природу нормальной науки и на полноту, с которой эта традиционность последовательно подготавливает путь к собственному изменению.