Век позитивизма. От Конта до Пуанкаре.

Но история со словом scientist интересна не только как курьёз. За ней стоит серьёзный вопрос. Появилась новая профессия, люди которой вскоре будут менять мир быстрее, чем короли и полководцы. Что их объединяет? Химик и астроном изучают разные вещи, пользуются разными приборами и почти не понимают формул друг друга. Если у них есть что-то общее, это не предмет, а способ — метод добывания знания. В чём же он состоит? Почему ему можно доверять больше, чем откровениям поэтов, проповедям или гаданиям?

Именно этим вопросом занялись два человека, которые в те годы были главными умами британской науки, — Джон Гершель и сам Уильям Уэвелл.

Наследство, с которым трудно жить

Чтобы понять, почему вопрос о методе в 1830-х годах встал так остро, надо вспомнить, какую философию науки Британия унаследовала от предыдущих веков.

Официальным покровителем английской науки считался уже знакомый нам Фрэнсис Бэкон. Его портрет висел, образно говоря, в каждом научном обществе, а «Новый органон» почитали как библию эмпиризма. Из Бэкона вычитывали простой рецепт: собирай факты терпеливо и беспристрастно, раскладывай их по таблицам, остерегайся поспешных обобщений и «предвосхищений природы», и законы проявятся сами, как изображение на фотопластинке.

Вторым авторитетом был Ньютон с его знаменитым «гипотез не измышляю». В «Началах» он настаивал, что выводит законы из явлений, а не придумывает объяснения. Последователи превратили эту фразу в лозунг: наука — это обобщение фактов, а гипотезы — опасная французская забава, которой баловался Декарт со своими вихрями. В английских учебниках XVIII века слово «гипотеза» звучало почти как ругательство.

На бумаге всё выглядело стройно. На деле наука первой трети XIX века шла совсем иначе. Томас Юнг и Огюстен Френель построили волновую теорию света, предположив, что свет — это колебания невидимой среды, эфира, который никто никогда не наблюдал. Джон Дальтон вернул в химию атомы, которых тоже никто не видел. Геологи спорили о том, что происходило с Землёй миллионы лет назад, и никакие таблицы не могли этот спор решить: прошлое не повторишь в лаборатории. Великие открытия делались смелыми догадками, а говорить о них было принято так, будто они собраны из фактов, как мозаика из камешков.

К этому добавлялась проблема, оставленная Юмом. Мы помним его вывод: из того, что так было, не следует логически, что так будет. Сколько ни собирай фактов, закон всегда говорит больше, чем они: он говорит обо всех случаях, в том числе ещё не наблюдавшихся. Бэконовский рецепт эту трудность просто не замечал. Кант, как мы видели, нашёл ответ, но это был ответ немецкого метафизика, и британские эмпирики относились к нему с подозрением. Английская наука жила как человек, который каждый день пользуется мостом, не зная, на чём он держится.

Пока наука была делом немногих джентльменов, это мало кого беспокоило. Но в 1830-х годах ситуация изменилась. Наука становилась профессией, ей требовались деньги, кафедры, место в университетских программах. В Кембридже и Оксфорде её приходилось отстаивать перед богословами и знатоками древних языков, которые считали опыты с ретортами занятием для ремесленников. Чтобы получить место за столом, наука должна была объяснить, в чём её особое достоинство. Нужна была философия науки, которая честно описывала бы, как делаются открытия, и при этом объясняла бы, почему их результатам можно доверять.

За эту задачу взялись люди, которые хорошо знали науку изнутри. Джон Гершель и Уильям Уэвелл познакомились в Кембридже ещё студентами и всю жизнь оставались друзьями, хотя часто спорили. В 1812 году Гершель вместе с Чарлзом Бэббиджем, будущим изобретателем вычислительной машины, и математиком Джорджем Пикоком основал студенческое Аналитическое общество. Его целью было перевести английскую математику с ньютоновских обозначений на более удобные лейбницевские, которыми давно пользовались на континенте. Уэвелл примкнул к этой реформе и написал учебники механики в новом духе. Иначе говоря, оба с юности привыкли к мысли, что даже почитаемые традиции надо пересматривать, если они мешают делу.

Их подход был новым в одном важном отношении. Вместо того чтобы выводить правила научного метода из общих соображений о разуме, как делали Декарт или Кант, они решили посмотреть, как открытия делались на самом деле. Философия науки должна была вырасти из истории науки. Сегодня это звучит естественно, но в 1830 году это был смелый шаг, и мы ещё не раз увидим в этой книге, как спор «логиков» и «историков» науки возвращается в новых формах.

Джон Гершель: учёный, которому верили все

Джон Гершель (1792–1871) родился в семье, которая сама по себе была научным учреждением. Его отец, Уильям Гершель, музыкант из Ганновера, ставший астрономом-любителем, в 1781 году открыл Уран — первую планету, неизвестную древним. Он строил лучшие в мире телескопы, составлял каталоги двойных звёзд и туманностей, и вместе с ним работала его сестра Каролина, первая женщина, получавшая жалованье за астрономические наблюдения. Мальчик вырос среди зеркал для телескопов и ночных бдений.

Сын пошёл по стопам отца, но масштаб его интересов был шире. Он занимался оптикой и двойным лучепреломлением в кристаллах, химией и математикой, разработал метод расчёта орбит двойных звёзд. Когда в 1839 году во Франции и Англии одновременно объявили о первых способах закрепить изображение на светочувствительной пластинке, Гершель тут же включился в работу. Он предложил закреплять снимки раствором гипосульфита, который фотографы потом использовали полтора века, и ввёл в оборот слова, которыми мы пользуемся до сих пор: «фотография», «негатив» и «позитив». В 1834–1838 годах он прожил с семьёй на мысе Доброй Надежды, чтобы продолжить отцовский обзор неба для южного полушария, — экспедиция, о которой ещё пойдёт речь.

В Британии середины века Гершель был фигурой почти символической: учёный, которому верили все. Он не ввязывался в склоки, писал ясно, его уважали и богословы, и радикалы. Когда он умер, его похоронили в Вестминстерском аббатстве рядом с Ньютоном.

В 1830 году, ещё до южной экспедиции, Гершель выпустил небольшую книгу, которая называлась скромно: «Предварительное рассуждение об изучении натуральной философии». Она вышла в популярной серии «Кабинетная энциклопедия», рассчитанной на образованного читателя без специальной подготовки, и разошлась огромными для научной книги тиражами. Это было, пожалуй, первое со времён Бэкона систематическое изложение научного метода, написанное не философом, а действующим учёным.

Если бы у книги был подзаголовок, он звучал бы так: зачем нужна наука и как она работает. Первая часть объясняет, что дало человечеству изучение природы: от мореплавания и медицины до освобождения ума от суеверий. Вторая — самая интересная для нас — разбирает, как устроено научное исследование: как наблюдать, как экспериментировать, как формулировать законы, как строить теории и как их проверять. Третья даёт обзор наук того времени.

Влияние книги трудно переоценить. Её читали и хвалили и Уэвелл, и Милль, хотя они разойдутся почти во всём. Но, вероятно, самый важный её читатель — кембриджский студент Чарлз Дарвин. В автобиографии Дарвин вспоминал, что две книги пробудили в нём желание внести хотя бы скромный вклад в здание естествознания: «Личное повествование» Александра фон Гумбольдта о путешествии в Южную Америку и «Предварительное рассуждение» Гершеля. Мы ещё увидим, как гершелевские представления о хорошей научной теории преследовали Дарвина всю жизнь и как сам Гершель отнёсся к «Происхождению видов».

Книга Гершеля бэконовская по тону. Он воздаёт должное лорду-канцлеру, говорит о терпеливом собирании фактов, о классификации, о борьбе с предрассудками. Но если читать внимательно, под бэконовской оболочкой обнаруживается нечто совсем иное. Главное открытие Гершеля состоит в том, что он разделил два вопроса, которые Бэкон смешивал.

Неважно, как пришла идея, важно, как её проверили

У Бэкона метод открытия и метод доказательства — одно и то же. Правильно составленные таблицы должны и привести к закону, и гарантировать его истинность. Если ты шёл по правилам, результат надёжен; если пришёл к выводу иначе — например, по наитию, — он подозрителен.

Гершель разорвал эту связку. Законы природы, говорит он, можно найти двумя путями. Можно восходить от фактов к обобщениям шаг за шагом, как советовал Бэкон. А можно сразу выдвинуть гипотезу, догадку, предположение — смелое, даже на первый взгляд нелепое — и потом посмотреть, что из неё следует. Второй путь ничуть не хуже первого. История науки полна случаев, когда верная идея приходила раньше, чем факты, которые её подтверждают. Откуда она взялась — из аналогии, из удачного сравнения, из счастливой случайности, — для её научной ценности безразлично.

Зато строгим должно быть испытание. Гипотеза, как бы её ни получили, должна предъявить следствия, и эти следствия надо сверить с наблюдением. Гершель перечисляет признаки, по которым теорию можно считать хорошо обоснованной. Она должна точно согласовываться с наблюдениями, причём не только в обычных условиях, но и в крайних, где её легче всего подловить. Она должна объяснять факты, которые не участвовали в её построении. И самое сильное свидетельство в её пользу — предсказание того, чего никто не ожидал и что затем подтвердилось. Такая проверка, по Гершелю, — лучший признак обоснованной теории.

Через сто с лишним лет немецкий философ Ханс Райхенбах, уже знакомый нам по первому тому, назовёт эти две стороны дела «контекстом открытия» и «контекстом обоснования». В 1938 году он настаивал, что философия науки занимается только вторым: как учёный пришёл к идее — вопрос психологии и истории, а как идея проверяется — вопрос логики. Об этом различии и о спорах вокруг него мы подробно поговорим в третьем томе. Но обратите внимание, что сама мысль высказана ясно уже в 1830 году — британским астрономом, который считал себя последователем Бэкона.

Гершель не отказался от бэконовских правил полностью. Для поиска причин он предложил набор признаков, по которым причину можно отличить от случайного спутника явления. Если есть причина — есть и следствие; нет причины — нет и следствия; усиливается причина — усиливается и следствие; противоположная причина даёт противоположный эффект. Через тринадцать лет Милль превратит эти признаки в знаменитые «методы» индуктивной логики и честно сошлётся на Гершеля.

Любимым примером Гершеля была теория росы, которую в 1814 году предложил лондонский врач Уильям Уэллс. Почему роса выпадает? Долго думали, что она «падает» с неба или поднимается из земли. Уэллс заметил, что роса обильнее всего в ясные безветренные ночи, что она садится на траву и стекло охотнее, чем на металл, и что под навесом или под облаками её почти нет. Он предположил, что предметы ночью излучают тепло и охлаждаются сильнее, чем окружающий воздух, а водяной пар конденсируется на холодной поверхности, как на запотевшем стакане с холодной водой. Гипотезу проверили измерениями: поверхности, на которых выпадает роса, действительно оказываются холоднее воздуха. Гершель восхищался этой работой как образцом: множество разрозненных наблюдений связано одной причиной, и каждое новое наблюдение теорию только укрепляет. Милль заберёт этот пример у Гершеля, и роса Уэллса станет кочевать по учебникам логики целое столетие.

Другое понятие, которое Гершель сделал популярным, — «истинные причины», по-латыни verae causae. Его источник — первое из ньютоновских «правил философствования»: не допускать в природе иных причин, кроме истинных и достаточных для объяснения явлений. Гершель толковал его так. Объясняя явление, можно ссылаться только на причины, существование которых известно нам независимо — из других случаев, где мы их наблюдали. Ньютон объяснил движение Луны той же силой, которая роняет яблоко, — силой, известной на Земле. А вот Декарт объяснял движение планет вихрями тонкой материи, которых никто нигде не встречал. Первое объяснение законно, второе — нет, сколько бы оно ни объясняло.

Принцип истинных причин оказал огромное влияние на британскую науку. Геолог Чарлз Лайель построил на нём свою программу: прошлое Земли надо объяснять только теми силами, которые действуют и сейчас, — эрозией, осадконакоплением, землетрясениями, — а не небывалыми катастрофами. Дарвин, ученик Лайеля, позже будет мучительно доказывать, что естественный отбор — истинная причина, а не выдумка: его можно видеть в действии на примере селекции, которую ведут заводчики голубей и собак.

Но в этом принципе таилась и ловушка, которую Гершель не заметил. Если допускать только уже известные причины, как вообще открыть новую? Эфир Френеля тоже никто не наблюдал независимо. Атомы Дальтона — тоже. Строгое применение правила истинных причин запретило бы половину великих теорий XIX века. Это напряжение между смелостью и осторожностью — между «выдвигайте любые гипотезы» и «допускайте только известные причины» — Гершель оставил неразрешённым. Его друг Уэвелл попытается его разрешить.

Отступление: крылатые люди на Луне

Прежде чем перейти к Уэвеллу, расскажем историю, которая показывает, каким авторитетом пользовалось имя Гершеля и как этим авторитетом можно было злоупотребить. Она прямо касается нашей сквозной темы — подделок под науку.

В конце августа 1835 года нью-йоркская газета «Сан», дешёвый листок за один цент, начала печатать серию статей под интригующим заголовком о великих астрономических открытиях, недавно сделанных сэром Джоном Гершелем на мысе Доброй Надежды. Статьи якобы перепечатывались из приложения к уважаемому эдинбургскому научному журналу — того самого, который на самом деле к тому времени уже не выходил.

Рассказ начинался солидно. Сообщалось, что Гершель построил телескоп небывалой силы, основанный на новом оптическом принципе, и смог разглядеть на Луне предметы размером в полтора фута. Читателю подробно, с цифрами и терминами, излагали устройство прибора. А потом начиналось самое интересное. На Луне обнаружились леса и моря, базальтовые скалы и кристаллические горы. Там паслись стада животных, похожих на бизонов, и бродили синеватые козлы с одним рогом посреди лба. Вдоль рек жили бобры, которые ходили на задних лапах и умели пользоваться огнём. А в долинах обитали существа, похожие на людей, но с перепончатыми крыльями, как у летучих мышей. Учёные авторы даже придумали им латинское название — «человек-летучая мышь».

Эффект был грандиозный. Тираж «Сан» взлетел, и на какое-то время она стала самой продаваемой газетой в мире. Другие издания перепечатывали статьи, публика обсуждала лунных жителей, проповедники рассуждали о том, нуждаются ли они в спасении души. По рассказам, к редакции приезжали делегации учёных с просьбой показать оригинальный журнал — им вежливо отвечали, что он находится в типографии.

Автором мистификации считают журналиста Ричарда Адамса Локка. Вероятно, он задумывал не только коммерческий трюк, но и сатиру — на благочестивых популяризаторов, которые в те годы всерьёз подсчитывали, сколько разумных существ может населять Луну и планеты, и на легковерную публику, готовую принять что угодно, если это сказано научным языком. Сатиру, однако, поняли не все: большинство читателей увидело в статьях именно то, что хотело увидеть.

Сам Гершель узнал о своих открытиях последним. Он сидел на краю света, телеграфа ещё не существовало, а почта шла месяцами. Говорят, сначала история его позабавила. Но потом много лет ему приходили письма от людей, которые всерьёз спрашивали о лунных жителях, и это его уже не веселило.

Обратите внимание, как устроена эта подделка — она до сих пор служит образцом для всех последующих. Есть подлинное имя, вызывающее доверие. Есть правдоподобные технические подробности, которые читатель не может проверить, но которые звучат солидно. Есть ссылка на авторитетный источник, недоступный для проверки. И есть сенсация, которую хочется принять за правду, потому что она удивительна. Не хватает только одного — возможности для независимой проверки: никто не может посмотреть в тот же телескоп и увидеть тех же бобров.

А ведь именно это, по Гершелю, и отличает науку: утверждение должно быть доступно проверке, его следствия должны совпасть с тем, что увидит любой другой наблюдатель. Лунная мистификация не была проблемой для науки — первый же честный астроном с хорошим телескопом увидел бы на Луне мёртвые кратеры. Она была проблемой для публики, которая привыкла верить науке на слово, не понимая, на чём это доверие должно держаться. Читатель без труда вспомнит современных наследников Локка: от «учёные доказали» в рекламе чудо-таблеток до сенсационных находок, о которых сообщают телеканалы, специализирующиеся на загадках древних цивилизаций.

Уильям Уэвелл: факты не говорят сами за себя

Если Гершель был образцом учёного-джентльмена, сдержанного и всеми любимого, то Уильям Уэвелл (1794–1866) был его противоположностью почти во всём, кроме ума. Сын плотника из Ланкастера, он попал в Кембридж благодаря стипендии и собственным способностям, которые учителя заметили ещё в школе. Огромного роста, громогласный, вспыльчивый, он внушал студентам трепет, а коллегам — смесь восхищения и раздражения. Он поднялся от бедного стипендиата до главы Тринити-колледжа, самого богатого и знаменитого колледжа Кембриджа, и вице-канцлера университета.

Круг его занятий поражал даже современников. Он был профессором минералогии и писал о кристаллографии. Затем стал профессором моральной философии. Он организовал одно из первых в истории международных научных наблюдений: в июне 1835 года сотни наблюдателей на побережьях Европы и Америки в течение двух недель одновременно записывали уровень воды, чтобы Уэвелл мог составить карту распространения приливной волны. Он писал о готической архитектуре, переводил немецкую поэзию, сочинял стихи и проповеди, участвовал в реформе университетского образования. Современникам приписывают шутку, что наука — его конёк, а всезнайство — его слабость. Шутка, впрочем, несправедлива: Уэвелл действительно знал очень много.

Главным делом его жизни стали два многотомных труда. В 1837 году вышла «История индуктивных наук», первая большая история естествознания от греков до современности, написанная человеком, который сам был учёным. В 1840 году за ней последовала «Философия индуктивных наук, основанная на их истории». Порядок здесь принципиален: сначала история, потом философия. Уэвелл хотел вывести учение о научном методе из того, как науки реально развивались, а не из того, как они должны были бы развиваться по мнению логиков.

Исходная мысль Уэвелла направлена прямо против бэконовской мечты о беспристрастном собирании фактов. Факты, говорит он, не говорят сами за себя. Всякое знание имеет две стороны. Одну доставляют ощущения — то, что мы видим, слышим, измеряем. Другую доставляет ум — идеи, с помощью которых мы эти ощущения упорядочиваем и осмысливаем. Уэвелл называл это «фундаментальной антитезой» знания: факты и идеи, материал и форма. Без ощущений идеи пусты, но без идей ощущения — просто хаос впечатлений, из которого не сложится никакой науки.

Читатель первого тома узнает здесь Канта, и не ошибётся. Уэвелл был, по сути, британским кантианцем — редкий случай для страны, где философия традиционно держалась эмпиризма. Как и у Канта, у него есть «фундаментальные идеи», которые не выводятся из опыта, а привносятся в опыт умом: пространство, время, число, причина, сходство, вещество, сродство, жизненная сила, цель. Каждая наука опирается на свою идею. Геометрия — на идею пространства, механика — на идею причины и силы, химия — на идеи вещества и сродства, биология — на идею цели, ведь органы животного устроены «для чего-то».

Но в одном отношении Уэвелл отошёл от Канта, и этот отход оказался очень плодотворным. У Канта формы мышления даны раз и навсегда и одинаковы у всех людей. У Уэвелла идеи хоть и заложены в уме, но осознаются постепенно, в ходе истории. Понятие инерции, например, проходило долгое прояснение: у Галилея оно ещё смутное, у Декарта точнее, у Ньютона приобретает ясность. Учёные спорят, ошибаются, уточняют понятия, и только в итоге этой работы идея становится по-настоящему отчётливой. Уэвелл называл этот процесс «экспликацией понятий» и считал его не менее важной частью науки, чем наблюдения.

Из антитезы фактов и идей Уэвелл сделал вывод, который опередил своё время на целый век. Различие между фактом и теорией, говорил он, не абсолютно, а относительно. То, что сегодня считается теорией, завтра станет фактом. Вращение Земли вокруг Солнца во времена Коперника было смелой теорией, а для человека XIX века стало простым фактом, на котором строятся новые теории. Чистого наблюдения, не окрашенного никакими идеями, не бывает: даже когда мы говорим «Солнце встало», мы уже истолковываем увиденное. В XX веке американский философ Норвуд Хэнсон назовёт это «теоретической нагруженностью наблюдения», и этот тезис станет одним из самых обсуждаемых в философии науки. Мы встретимся с ним в третьем томе.

Одно из требований Уэвелла сегодня читается с улыбкой — и поучительно как раз этим. Он считал, что понятия должны быть «уместны» по отношению к фактам, и для некоторых наук можно заранее сказать, какие понятия неуместны. Физиология, по его мнению, изучает жизненные силы, поэтому чисто механические и химические объяснения из неё следует исключить с самого начала. Через двадцать пять лет Клод Бернар во Франции и немецкие физиологи покажут, что именно физико-химические объяснения и двигают физиологию вперёд. Это хороший пример того, как философ, предписывающий науке её будущие понятия, рискует ошибиться. Мы не будем смеяться над Уэвеллом свысока: в 1840 году витализм был вполне разумной позицией. Но урок полезен для любого, кто сегодня объявляет какую-то область «принципиально недоступной» для науки.

Эллипс, которого нет ни в одном наблюдении

Теперь мы подходим к центральному понятию Уэвелла. Он назвал его colligation — от латинского «связывать вместе». По-русски его передают как «сопряжение» или «связывание» фактов. Суть его такова: научный закон получается, когда исследователь накладывает на совокупность разрозненных фактов понятие, которое связывает их в единое целое. Уэвелл говорил, что понятие при этом «наводится сверху» на факты — он придумал для этого слово superinduction, сверхнаведение.

Лучше всего объяснить это на примере, который Уэвелл любил больше всех других, — на истории Кеплера.

В начале XVII века немецкий астроном Иоганн Кеплер получил в наследство от датчанина Тихо Браге самые точные наблюдения за планетами, какие существовали до изобретения телескопа. Особенно подробными были записи о Марсе — сотни положений планеты на небе за много лет. Задача состояла в том, чтобы найти, по какой линии Марс движется вокруг Солнца.

Заметим сразу: ни в одном из наблюдений Тихо Браге нет эллипса. Каждое наблюдение — это просто точка на небе в определённый момент: столько-то градусов над горизонтом, в таком-то созвездии. Сами по себе эти точки ничего не говорят о форме орбиты, тем более что наблюдаем мы их с Земли, которая сама движется. Чтобы из них получилась орбита, нужно было привнести нечто, чего в наблюдениях нет: геометрическое понятие кривой определённого вида.

Кеплер искал это понятие годами. Он начал, как и все до него, с кругов и их комбинаций. Одна из его моделей согласовывалась с наблюдениями очень хорошо, кроме расхождения в восемь угловых минут — это примерно четверть видимого диаметра Луны. Любой другой астроном того времени списал бы такую погрешность на ошибки наблюдения. Но Кеплер знал, что Тихо Браге так не ошибался, и отверг модель. Затем он перепробовал целую череду овалов — яйцеобразных кривых разной формы, — и каждый раз что-то не сходилось. Наконец он примерил к фактам эллипс, кривую, известную ещё древним грекам по трудам Аполлония, и всё встало на свои места. Солнце оказалось в одном из фокусов эллипса, и все наблюдения легли на кривую.

Для Уэвелла эта история — квинтэссенция научного открытия. Обратите внимание на три обстоятельства.

Во-первых, закон не был вычитан из фактов. Понятие эллипса пришло из математики, из головы Кеплера, а не из таблиц Тихо. Факты не подсказывали его, они лишь позволяли проверить, подходит ли оно. Индукция, по Уэвеллу, — это не суммирование фактов, а их новое осмысление. В заключении индукции всегда содержится то, чего не было ни в одной из посылок: в данном случае — сама идея эллипса.

Во-вторых, открытию предшествовала долгая череда неудачных гипотез. Кеплер не шёл к истине прямой дорогой по правилам, он изобретал, пробовал, отбрасывал и снова изобретал. Уэвелл подчёркивал, что умение придумывать подходящие гипотезы нельзя свести к правилам — для этого нужен изобретательский талант. Успех индукции, по его словам, состоит в том, чтобы выдвинуть несколько пробных гипотез и выбрать среди них верную. История науки полна, как он выражался, счастливых и необъяснимых озарений. Никакой «органон», никакая логическая машина их не заменит.