А доказательства могут измениться. Несложно найти примеры общепринятых научных «истин», которые позже были опровергнуты. Я уже упоминал некоторые из них, но на самом деле таких случаев, конечно, гораздо больше. Ранние примеры из истории науки – геоцентризм (Земля как центр Вселенной) и греческая концепция «четырех гуморов»: теория о том, что и личность человека, и болезнь возникают из соотношения четырех жизненных соков (черная желчь, желтая желчь, лимфа и кровь). Знаменитый современный случай – демонстрация «N-лучей». Эта новая форма излучения была описана в 1903 г. и наблюдалась множеством людей, однако в конце концов выяснилось, что это неправда, результат предвзятости подтверждения. Атомы когда-то считались неделимыми частицами вещества. Есть даже один случай присуждения Нобелевской премии за неправду – описание паразитического червя-нематоды Spiroptera carcinoma, который якобы вызывал рак. Это открытие в 1926 г. принесло Йоханнесу Фибигеру Нобелевскую премию по физиологии и медицине. Однако вскоре после этого исследователи обнаружили, что полученный Фибигером результат ошибочен: червь оказался всего лишь раздражителем, который, подобно многим другим факторам, порождал опухоли в уже поврежденных клетках. Но премия осталась за Фибигером, ведь на тот момент его открытие представлялось реальным.
Опровержение некоторых научных истин не раз становилось оружием религиозных критиков, которые часто обвиняют науку в непостоянстве и непоследовательности. Наука может ошибаться! Но это неверно характеризует любую, хоть религиозную, хоть научную попытку познать истину. Научные инструменты и подходы меняются, и разве могут наши представления о природе оставаться неизменными? Разумеется, упрек в непоследовательности может быть обращен и в адрес религии. Не существует никакого способа, посредством которого какая бы то ни было религия могла доказать, что ее положения верны, тогда как положения всех остальных ложны.
Ученые часто говорят, что легко опровергнуть теорию (к примеру, относительно несложно было бы показать ошибочность формулы воды – всем известной H2O), но доказать, что теория верна, невозможно, поскольку в любой момент могут появиться новые данные, которые опровергнут полученное знание. Теория эволюции, к примеру, рассматривается всеми разумными учеными как верная, поскольку подтверждается множеством доказательств из разных научных областей. Тем не менее вполне могут появиться доказательства, которые ее опровергнут. Например, найдутся окаменелости в слоях «не того» периода (останки млекопитающих в слоях возрастом 400 млн лет) или обнаружатся адаптивные приспособления, совершенно бесполезные виду (сумка у валлаби, вмещающая разве что детеныша коалы). Вряд ли нужно говорить, что таких доказательств на самом деле нет. Таким образом, эволюцию можно считать фактом в научном смысле – тем, что Стивен Гулд определил как наблюдение, «подтвержденное до такой степени, что было бы дикостью его не признать». В самом деле, единственные реальные «доказательства», неизменные после любого пересмотра, встречаются только в математике и логике.
Но некоторые заходят в этом слишком далеко и утверждают, что научные истины не только условны, но и постоянно меняются. Утверждается, что наука на самом деле не так уж хороша в извлечении истины, и нам следует ее остерегаться. Тут обычно вспоминают медицинские исследования – полезность ежедневного приема аспирина для предотвращения сердечных заболеваний или необходимость ежегодной маммографии (а выводы при изучении разных популяций меняются с точностью до наоборот). Важно помнить, однако, что большинство научных находок становятся истиной лишь после многократного повторения – как первооткрывателями, так и другими учеными, сомневающимися в результатах своих коллег.
На самом деле многие научные истины настолько близки к абсолюту, насколько это вообще возможно. Вероятность их изменения ничтожно мала. Я поставил бы все свои сбережения на то, что ДНК в моих клетках образует двойную спираль, что в молекуле обычной воды содержится два атома водорода и один атом кислорода, что скорость света в вакууме постоянна (и близка к 300 000 км/с), и что ближайшими родственниками человека являются два вида шимпанзе. В конце концов, вы доверяете свою жизнь науке всякий раз, когда принимаете серьезные лекарства вроде антибиотиков, инсулина или гиполипидемических препаратов. Если рассматривать «доказательство» в обыденном смысле как «подтверждение достаточно убедительное, чтобы вы готовы были бы поставить свой дом», то да, иногда наука занимается доказыванием.
Итак, что входит в инструментарий науки? Меня, как многих из нас, в школе учили, что на свете существует «научный метод» – тот самый, что состоит из гипотезы, эксперимента и подтверждения. Вы формулируете гипотезу (например, такую: ДНК является носителем генетической информации), а затем проверяете ее при помощи лабораторных экспериментов. (Классический пример эксперимента с ДНК образца 1944 г. – введение болезнетворной бактерии в нейтральную, после чего ученые проверили, способна ли трансформированная бактерия одновременно вызывать болезнь и передавать патогенность потомкам.) Если предсказания оправдываются, можно считать, что вы подтвердили гипотезу. Если подтверждения убедительны и многочисленны, то гипотеза в какой-то момент начинает считаться истиной.
Сегодня ученые и философы сходятся во мнении, что единого научного метода не существует. Часто для того, чтобы хотя бы сформулировать гипотезу, необходимо собрать немало фактов. В качестве примера можно привести наблюдения Дарвина, сделанные во время путешествия на «Бигле». Дарвин обратил внимание на то, что на океанических островах – а обычно вулканические острова, поднявшиеся из морских вод, лишены жизни, – много эндемичных, то есть характерных только для данной местности, птиц, насекомых и растений. Примеры тому – многочисленные виды вьюрков на Галапагосских островах и плодовые мушки на Гавайях. Далее, океанические острова, такие как Галапагосы или Гавайи, почти или совсем не имеют собственных видов пресмыкающихся, амфибий и млекопитающих, хотя все они широко распространены на материках и континентальных островах вроде Великобритании, которые когда-то соединялись с большими массивами суши. Именно эти факты помогли Дарвину создать теорию эволюции, поскольку данные наблюдения невозможно объяснить с позиций креационизма (создатель мог поместить животных куда угодно). Скорее они наталкивают нас на мысль, что эндемичные птицы, насекомые и растения произошли путем эволюции от предков, сумевших перебраться на эти океанические острова. Насекомые, семена растений и птицы вполне способны колонизировать отдаленные острова: птицы перелетят сами, семена растений занесет волнами, а насекомых – ветром. Ну а млекопитающие, пресмыкающиеся и амфибии на это не способны. Дарвин сначала собрал все эти данные, а затем увидел в них закономерность, и это помогло ему разработать теорию эволюции.
Иногда для «испытания» гипотезы используется не эксперимент, а скорее наблюдение – причем нередко тех вещей, которые имели место давным-давно. В космологии трудно экспериментировать, но мы совершенно уверены в реальности Большого взрыва, поскольку наблюдаем вещи, предсказанные на основании этой гипотезы, такие как расширение Вселенной и реликтовое излучение – эхо этого знаменательного события. Историческая реконструкция – совершенно законный метод научного исследования, пока мы можем проверить свои идеи наблюдениями. (Это, кстати говоря, делает археологию и другие исторические дисциплины научными.) Креационисты часто критикуют теорию эволюции за то, что ее невозможно наблюдать «в реальном времени» (хотя на самом деле такие случаи бывают), игнорируя при этом огромный объем исторических свидетельств, включающих палеонтологическую летопись, бесполезные остатки древней ДНК в нашем геноме и биогеографические закономерности, о которых я уже говорил. Если бы мы признавали истинными только те вещи и события, которые наблюдаем собственными глазами, нам бы пришлось считать сомнительной всю человеческую историю.
Если, с одной стороны, научные теории способны предсказывать, то, с другой, их можно проверить при помощи того, что я называю ретроспективной оценкой. Речь идет о фактах, которые и раньше были известны, но объяснения не получали, а с появлением новой теории неожиданно обрели смысл. Общая теория относительности Эйнштейна сумела обосновать аномалии орбиты Меркурия, которые невозможно было объяснить с позиций классической ньютоновой механики. У человеческого зародыша примерно через шесть месяцев после зачатия появляется лануго, довольно густой первичный волосяной покров, который, как правило, исчезает к моменту рождения. Этот факт имеет смысл только в рамках теории эволюции: лануго – наследие наших общих с приматами предков. У приматов он появляется на том же этапе, но потом не исчезает. (Самому же плоду, плавающему в теплой жидкости, шерсть попросту не нужна.)
Наконец, часто говорят, что определяющая характеристика науки – количественная: в ней всегда присутствуют числа, расчеты и измерения. Но и это не всегда верно. В «Происхождении видов» Дарвина нет ни одной формулы, а вся теория эволюции хотя иногда и проверяется количественно, может быть подробно изложена без всяких чисел.
Как отмечают некоторые философы, научный метод сводится к представлению о том, что при изучении природы «годится все» – при условии, что «все» ограничено сочетанием разума, логики и эмпирических наблюдений. Однако у науки имеются кое-какие важные черты, отличающие ее от псевдонауки, религии и того, что эвфемически называется «иными способами познания».
Возможность опровергнуть путем экспериментов и наблюдений
Хотя философы науки спорят о важности этой черты, ученые в большинстве своем считают критерий «возможности опровергнуть» основным способом выяснить истину. Это означает, что для того, чтобы теорию или факт можно было cчитать верными, должны существовать способы показать, что они неверны; кроме того, эти способы должны быть испытаны и не дать результата. Я уже упоминал, что теорию эволюции, в принципе, можно опровергнуть: существуют десятки способов показать ее ошибочность, но никто этого до сих пор не сделал. Когда же все попытки опровергнуть некую теорию терпят поражение и она остается наилучшим объяснением наблюдаемых в природе закономерностей (как теория эволюции), то мы считаем эту теорию верной.
Теория, ошибочность которой невозможно показать, хотя в ней есть над чем задуматься ученым, не может быть признана научной истиной. Свою первую теорию я придумал еще ребенком. Она была такова: когда я выхожу из комнаты, все мои плюшевые звери оживают и передвигаются по комнате. Но чтобы объяснить тот факт, что я никогда не видел, как они двигаются или меняют положение в мое отсутствие, я добавил условие: при любой попытке застать их врасплох игрушки мгновенно принимают прежнее положение. В то время эту теорию было невозможно опровергнуть, поскольку видеонянь еще не существовало. Эта история кажется глупой, но на самом деле не слишком отличается от теорий о паранормальных явлениях, приверженцы которых утверждают: присутствие наблюдателей препятствует проявлению феномена. (Подобное можно часто услышать об экстрасенсорном восприятии и других паранормальных «способностях».) Точно так же утверждения о сверхъестественных явлениях, таких как эффективность молитвы, невозможно опровергнуть после заявлений о том, что «Бог не может быть испытан». (Разумеется, если бы испытание прошло успешно, проверка, которой подвергли Бога, никого бы не испугала!) Более научный пример непроверяемости – теория струн. Согласно положениям этой области физики все элементарные частицы могут быть представлены как различные колебания одномерных «струн», а во Вселенной может быть не четыре, а 26 измерений. Теория струн невероятно перспективна, потому что, если она верна, из нее может получиться неуловимая «теория всего», объединяющая все известные типы взаимодействий и частиц. Увы, никто пока не придумал способа ее проверить. При отсутствии испытаний теория остается полезной и даже плодотворной, но поскольку в настоящий момент ее невозможно опровергнуть, ее невозможно и рассматривать как истинную. В конечном итоге теорию, которую невозможно опровергнуть, невозможно и подтвердить.
Сомнения и критичность
Любой ученый, который чего-то стоит, получив интересный результат, задает себе несколько вопросов. Существуют ли альтернативные объяснения тому, что я наблюдал? Нет ли ошибок в моем эксперименте? Могло ли что-нибудь пойти не так? Причина, по которой мы так поступаем, заключается в желании не только обеспечить надежность результата, но и, попросту говоря, защитить свою репутацию. Не существует лучшего стимула для честности, чем сознание того, что ты всякий раз состязаешься с другими учеными, работающими в той же области и часто над той же проблемой. Если ты опростоволосишься, выяснится это очень быстро.
Это, кстати говоря, обличает во лжи многих креационистов, которые не стесняются утверждать, что мы, эволюционисты, просто сговорились поддерживать ложную теорию, хотя сами будто бы прекрасно знаем, что она неверна. Креационисты никогда не уточняют, что заставляет нас упорно продвигать нечто, по их мнению, очевидно ложное, но частенько намекают, что мы вынуждены использовать эволюцию для укрепления атеизма в науке. (Неважно, что многие ученые, включая и биологов-эволюционистов, верят в Бога и вовсе не заинтересованы в продвижении атеизма.) Но главный аргумент против теорий заговора в науке таков: любой, кому удалось бы опровергнуть важную научную парадигму вроде современной теории эволюции, сразу бы стал известен. Слава ждет всякого, кто, подобно Эйнштейну и Дарвину, перевернет общепринятые представления своего времени, – в отличие от тех, кто лишь собирает дополнительные данные в подтверждение теорий, которые и без того широко признаны научным сообществом.
Поразительный пример огромной важности сомнения в науке – это эксперимент 2011 г., по результатам которого якобы выяснилось, что нейтрино движется быстрее скорости света. Обнаружилось это при наблюдении движения нейтрино из Швейцарии в Италию. Результат наблюдения был удивителен, поскольку нарушал все, что нам известно о физике, в первую очередь «закон», согласно которому ничто не может двигаться быстрее света. Несложно догадаться, что первое, о чем подумали физики (и вообще почти все ученые), услышав о результате эксперимента, было: «Что пошло не так?» Несмотря на то что, окажись такое наблюдение верным, эта работа наверняка принесла бы автору Нобелевскую премию, опубликовать ее без повторного проведения эксперимента и дополнительной проверки означало бы рисковать своей репутацией. И, разумеется, первые же проверки выяснили, что нейтрино вели себя как положено, а их аномальная скорость объяснялась лишь ослабленным соединением кабеля и неисправностью часов.
Воспроизведение и контроль качества
В некоторых областях науки, особенно биологических (в первую очередь в тех, что занимаются организмами как биологическими системами, к примеру, в эволюционной биологии и экологии), наблюдения, описанные в одной статье, часто бывают уникальны. Но в большинстве научных областей, включая химию, молекулярную биологию и физику, результаты то и дело повторяются другими исследователями. И результаты будут признаны «верными» только в том случае, если они повторяются достаточно часто. Открытие в 2012 г. бозона Хиггса, за которое Питер Хиггс и Франсуа Энглер годом позже получили Нобелевскую премию, было сочтено достойным такой награды потому, что его подтвердили две совершенно независимые группы исследователей, причем каждая из них пользовалась жестким статистическим анализом.
Всякий достаточно новаторский или неожиданный результат моментально вдохновляет сомневающихся ученых на повторение эксперимента, причем последователи часто настроены опровергнуть полученные коллегами данные. Другие ученые, которых ваши результаты убедили, могут попытаться построить на них собственное исследование, чтобы обнаружить что-то новое и зайти дальше вас. Частью такого исследования станет и проверка ваших результатов. Современная молекулярная генетика зиждется на точности принятой модели ДНК (двойной спирали), схемы ее репликации путем разделения спиралей и построения на каждой нитке новой молекулы, и на представлении о том, что генетический код состоит из триплетов (троек) оснований, причем каждый триплет задает одну составную часть (аминокислоту) какого-то белка. Если бы любая из этих моделей была неверна, это выяснилось бы очень быстро в ходе дальнейшего развития науки. Ну а каждый новый успешный шаг подкрепляет все предыдущие.
У науки, кстати говоря, имеются дополнительные методы, не позволяющие нам обманывать себя при помощи осознанного или неосознанного жульничества с экспериментами или данными. Среди них – статистический анализ, который помогает понять, с какой вероятностью результаты могут объясняться простой случайностью, а не новой теорией; слепое тестирование, при котором исследователь сам не знает, какой именно материал проверяет в данный момент («двойной слепой» метод, при котором ни исследователь, ни пациент не знают, какое именно в данном случае применяется лечение, давно стал стандартом при испытании новых лекарств); и свободный доступ к данным, то есть обязанность ученых передавать экспериментальные данные всякому, кто попросит, чтобы все желающие могли поискать в них нарушения и провести собственный статистический анализ.
Экономность
Научные теории привлекают не больше факторов, чем необходимо для адекватного объяснения какого-либо явления. Это, как все в инструментарии науки, не априорное требование научного метода, а просто способ, разработанный в результате столетий опыта. В данном случае игнорирование всего, что представляется нерелевантным, не позволяет нам отвлекаться на ложные следы. Если можно объяснить распространение оспы вирусной инфекцией, то зачем даже рассматривать другие факторы – к примеру, не ел ли пациент слишком много сахара? Или вообще: не есть ли болезнь божественное наказание за безнравственность?