Век великих споров

Ярослав Золотарёв

Век великих споров

Введение. Затмение, которое проверило Эйнштейна

Затмение 29 мая 1919 года

Утром 29 мая 1919 года над крошечным островом Принсипи в Гвинейском заливе шёл дождь. Британский астроном Артур Эддингтон, ради этого утра проплывший половину Атлантики, смотрел на тучи и, по собственному признанию, уже почти не надеялся. Через несколько часов Луна должна была закрыть Солнце, а небо закрывали облака. В это же время на другом берегу океана, в бразильском городке Собрал, его коллеги Эндрю Кроммелин и Чарлз Дэвидсон готовили к съёмке свои телескопы. Экспедиции снарядил королевский астроном Фрэнк Дайсон, а цель у них была одна: сфотографировать звёзды рядом с закрытым диском Солнца.

Звёзды днём не видны, их забивает солнечный свет. Полное затмение — единственные несколько минут, когда можно увидеть звезду, свет которой прошёл впритирку к краю Солнца. Если свет притягивается массой, звезда на снимке окажется чуть сдвинута от своего обычного места. Вопрос был в том, насколько.

Ответ зависел от того, чья физика верна. Если считать свет потоком частиц, которые тяготеют к Солнцу по Ньютону, смещение получалось около 0,87 угловой секунды. Общая теория относительности, которую Альберт Эйнштейн опубликовал в 1915 году, давала вдвое больше — около 1,75 секунды. Для сравнения: одна угловая секунда — это размер монеты, которую рассматривают с расстояния в четыре километра. Речь шла о величине, едва уловимой на фотопластинке. Зато она различала два представления о мире. По Ньютону, пространство — неподвижная сцена, на которой действуют силы. По Эйнштейну, тяготение и есть искривление самого пространства-времени, и свет просто идёт по кратчайшему пути в искривлённом мире.

К моменту затмения облака над Принсипи разошлись ровно настолько, чтобы Эддингтон успел сделать несколько годных снимков. Через полгода, 6 ноября 1919 года, результаты обеих экспедиций доложили в Лондоне на совместном заседании Королевского общества и Королевского астрономического общества. Председательствовал Джозеф Джон Томсон, открыватель электрона. Над залом висел портрет Ньютона, и это подробность, которую не выдумал бы ни один драматург. Томсон назвал результат одним из величайших достижений человеческой мысли. Вердикт гласил: свет отклоняется так, как предсказал Эйнштейн.

На следующий день лондонская The Times вышла с заголовком о революции в науке, новой теории Вселенной и ниспровергнутых идеях Ньютона. Ещё через три дня New York Times сообщила читателям, что огни на небе «все сместились». Сорокалетний профессор из Берлина, известный до того узкому кругу физиков, проснулся всемирно известным. Газеты писали, что теорию относительности понимают во всём мире двенадцать человек. Число было взято с потолка, но оно отлично продавалось.

Позже ассистентка Эйнштейна Ильзе Розенталь-Шнайдер вспоминала, как показала ему телеграмму с результатами. Эйнштейн остался спокоен. Она спросила, что было бы, если бы опыт его не подтвердил. Эйнштейн, по её словам, ответил, что тогда ему было бы жаль Господа Бога, а теория всё равно верна.

Эту фразу любят цитировать как пример гениальной самоуверенности. Но у неё есть и вторая сторона, которую цитируют реже. В том же ноябре 1919 года Эйнштейн по просьбе The Times написал для неё статью о своей теории. В ней он прямо назвал наблюдение, которое могло бы её погубить: если не обнаружится предсказанное смещение спектральных линий в сильном поле тяготения, общую теорию относительности придётся признать несостоятельной. Один и тот же человек в частном разговоре шутил, что теория верна при любом исходе, а публично указывал, каким исходом её можно опровергнуть.

Между этими двумя Эйнштейнами и пройдёт весь двадцатый век философии науки. Что делает теорию научной — то, что она подтверждается? То, что её можно опровергнуть? Или то, что ею убеждены лучшие специалисты своего времени? Можно ли верить в теорию до проверки, и что делать, если проверка вышла сомнительной? И что вообще значит «проверить»?

Проверка, которая оказалась непростой

История с затмением попала в учебники как образцовый решающий эксперимент: две теории дали два разных числа, природа выбрала одно из них. В действительности всё было заметно запутаннее, и эта запутанность говорит больше любого учебника.

У экспедиции в Собрале было два инструмента. Снимки с небольшого четырёхдюймового телескопа дали отклонение около 1,98 секунды — даже больше эйнштейновского. А главный инструмент, астрограф, дал величину близкую к ньютоновской. Эти снимки были размыты: зеркало, нагретое тропическим солнцем, по всей видимости, исказилось, и фокус сбился. Снимки с Принсипи, сделанные сквозь облака, дали около 1,6 секунды, но звёзд на них было мало, и погрешность получалась большой. Эддингтон и Дайсон решили, что астрограф из Собрала ненадёжен, и не стали учитывать его в итоге.

В 1980 году философы науки Джон Эрмен и Кларк Глимур разобрали эту историю и задали неудобный вопрос. Не отбросили ли астрономы неудобные данные потому, что заранее знали, какой ответ хотят получить? Эддингтон давно был увлечён теорией Эйнштейна. К тому же он был квакером и пацифистом и видел в проверке немецкой теории английскими астрономами символ примирения науки после мировой войны.

Спор продолжается до сих пор. В 1979 году стеклянные пластинки из Собрала заново обработали современными методами, и результат оказался ближе к Эйнштейну. Историки физики нашего века в целом считают, что у Эддингтона и Дайсона были честные технические причины не доверять размытым снимкам. А окончательно вопрос решили не пластинки 1919 года, а десятилетия последующих измерений. С 1970-х годов отклонение радиоволн от далёких квазаров измеряют без всякого затмения, и предсказание Эйнштейна подтверждено с точностью, о которой Эддингтон не мог и мечтать.

Итак, эйнштейновская теория выдержала проверку. Но сама проверка оказалась не мгновенным приговором природы, а долгим процессом. В нём были решения о том, каким приборам верить, возможные пристрастия учёных, споры и повторения. И работал он только потому, что через него прошло много людей, не связанных общими симпатиями.

Читатель второго тома узнает здесь знакомую мысль. Тот том мы закончили выводом, с которым философия науки подошла к 1910 году. Границу науки проводят уже не по предмету, как пытался Конт, и не просто по методу, как думал Милль, а по отношению к проверке. При этом проверка не сводится к одному решающему эксперименту. Разбирая опыт Фуко, Пьер Дюгем показал, что опыт всегда проверяет сразу целую связку гипотез, включая теорию самих приборов. Затмение 1919 года — тот же урок на новом материале. Чтобы сказать «Эйнштейн прав», пришлось решить, что астрограф солгал, а маленький телескоп сказал правду.

Двадцатый век принял этот урок как вызов. Одни философы решили, что надо точнее описать логику проверки, и тогда спорных случаев станет меньше. Другие — что логики тут мало и надо смотреть на историю и на сообщество учёных. Третьи — что никакой особой научной проверки не существует. В каком-то смысле весь этот том — история спора о том, что в действительности произошло на острове Принсипи.

Одним из тех, кто в 1919 году жадно следил за новостями об экспедиции, был семнадцатилетний венский юноша. Что он из неё вынес, мы узнаем в седьмой главе.

Век, когда наука стала силой

В XIX веке философы спорили о науке как о деле довольно узкого круга людей. Дарвин работал у себя в имении, Пастер содержал лабораторию с горсткой сотрудников, Мах и Больцман спорили об атомах в венских аудиториях. XX век изменил сам масштаб. Историк науки Дерек де Солла Прайс подсчитал в 1963 году, что число учёных и научных журналов удваивается примерно каждые пятнадцать лет. Отсюда следовал ошеломляющий вывод: большинство учёных, когда-либо живших на Земле, — наши современники. Прайс назвал новую ситуацию «большой наукой».

Большая наука означала большие деньги и большую власть. За одно поколение люди получили из рук учёных радио и телевидение, антибиотики и вакцину от полиомиелита, самолёты и компьютеры. Пенициллин, открытый Александром Флемингом в 1928 году по счастливой случайности и превращённый в лекарство Ховардом Флори и Эрнстом Чейном, спас, по распространённым оценкам, сотни миллионов жизней. Но из тех же рук пришли боевые газы Первой мировой войны и атомная бомба. После Хиросимы уже никто не мог считать споры о природе физической теории кабинетной забавой.

У власти над природой обнаружилась и обратная сторона: слово «научный» стало ценным ярлыком. Его начали клеить на что угодно: на расовые теории и партийные доктрины, на зубную пасту и на нумерологию. Во втором томе мы уже видели, чем кончилась «передовая биология» Лысенко, когда научность стали удостоверять не опыт и не спор, а верность правильной философии. В то же время в Германии придумали «немецкую физику», в которой теорию относительности объявили неправильной по происхождению её автора. Два непримиримых режима оказались удивительно единодушны в одном: истину можно установить приказом.

Получилось странное напряжение. Чем сильнее становилась наука, тем настойчивее звучал вопрос, на чём держится её авторитет. И чем лучше философы отвечали на него, тем яснее становилось, что простого ответа нет. Наука не доказывает своих теорий окончательно. Её проверки не сводятся к формуле. И ведут её живые люди со своими страстями, деньгами и начальством.

Из этого честного признания сегодня делают очень странные выводы. «Учёные тоже ошибаются», — говорит потомственная целительница. Она совершенно права. Следующий шаг, впрочем, уже не выдерживает критики: «значит, моим заговорам можно верить не меньше». Из того, что карта неточна, не следует, что дорогу лучше искать по звёздам гороскопа. Философия науки XX века и есть попытка объяснить, почему несовершенная наука всё равно несравнимо надёжнее своих соперников. Объяснить это так, чтобы не обожествить учёных и не сдаться шарлатанам, оказалось труднее, чем думали позитивисты XIX века.

На этот вызов философы вышли с новым оружием. К началу века логика из школьного учения о силлогизмах превратилась в математическую дисциплину, способную разобрать на детали любое рассуждение. А физика за четверть века дважды перевернула картину мира — теорией относительности и квантовой механикой. Новая логика дала инструмент, новая физика — повод и пример. Из их встречи в Вене и Берлине 1920-х годов и родился тот самый логический позитивизм, которым мы закончили прошлый том.

Пять вечных вопросов в редакции XX века

В первом томе мы начали с пяти вопросов, которые философия задаёт науке со времён античности: демаркация, метод, объяснение, реальность и развитие. XIX век дал на них свои ответы. XX век не придумал новых вопросов, но переформулировал старые так точно, что они стали неудобными.

Демаркация. Чем наука отличается от ненауки? Венский кружок ответит: научное высказывание имеет смысл, а метафизическое его лишено, потому что его нечем проверить. Поппер возразит: дело не в смысле, а в том, можно ли теорию опровергнуть. Кун и Лакатос перенесут вопрос с отдельных высказываний на жизнь научных традиций и программ. А в 1983 году Ларри Лаудан объявит о «кончине проблемы демаркации». Это заявление, как мы увидим, было сильно преувеличено.

Метод. Идёт ли наука от фактов к законам, как думали Бэкон и Милль? Юм показал, что индукцию нельзя оправдать логически, а Расселова курица напомнила нам об этом во втором томе. В XX веке одни попытаются спасти индукцию через теорию вероятностей (Карнап, Ханс Райхенбах). Другие объявят, что её вообще нет: учёный выдвигает смелые догадки и старается их опровергнуть (Поппер). А парадоксы Гемпеля и Гудмена покажут, что даже простое слово «подтверждает» скрывает ловушки.

Объяснение. Конт требовал от науки описывать «как» и не спрашивать «почему». Но учёные упрямо объясняют. Карл Гемпель предложит строгую схему: объяснить явление значит логически вывести его из законов и условий. Схема окажется столь же изящной, сколь уязвимой: флагшток и его тень станут для неё серьёзной проблемой.

Реальность. Существуют ли в действительности невидимые сущности науки? Во втором томе Мах спрашивал об атомах «А вы их видели?», и опыты Перрена вроде бы закрыли спор. Но квантовая механика его возобновила в гораздо более странной форме: есть ли у электрона местоположение, пока его никто не измерил? К концу века спор научного реализма и антиреализма станет одной из главных тем философии науки.

Развитие. Накапливает ли наука знание, как кирпичи в стене, или время от времени сносит стену и строит новую? Переход от Ньютона к Эйнштейну сделал этот вопрос острым. Томас Кун ответит словом «революция» и добавит, что теории по разные стороны революции нельзя сравнить друг с другом. Над этим «нельзя» философы будут биться до конца столетия, и мы постараемся показать, почему Кун здесь не прав.

Если место прошлых веков в этих спорах занимали философы-одиночки, то в XX веке их ведут школы, кружки и журналы. У таких споров есть недостатки: они долгие, и проигравшие редко признают поражение. Зато их очень интересно читать. Оттого и название тома — «Век великих споров».

Карта тома

Том состоит из двадцати одной главы в шести частях. Порядок в целом хронологический, но важнее хронологии логика спора: кто на кого отвечал и что из этого вышло.

Часть I. Новая логика, новая физика, новый позитивизм. Начнём с двух революций, из которых выросла философия науки века. Первая — логическая: Фреге, Рассел и кризис оснований математики. Вторая — физическая: теория относительности и квантовая механика. Затем их наследники — Венский кружок, беды принципа верификации, Рудольф Карнап и Ханс Райхенбах со своей берлинской группой. Это самая системная из когда-либо предпринятых попыток сделать философию научной.

Часть II. Поппер и критический рационализм. Карл Поппер спорил с Венским кружком изнутри одного с ним мира — научного, рационалистического, враждебного тёмному философствованию. Ему отведены две главы. Первая — о фальсификации и о том, как неопровержимые учения выдают себя за науку. Вторая — о позднем Поппере: истина, правдоподобие и три мира.

Часть III. Подтверждение, объяснение, холизм. Пока Поппер воевал с индукцией, другие старались её уточнить и наткнулись на неожиданные парадоксы. Здесь главы о том, что такое подтверждение и научное объяснение. Завершает часть Уиллард Куайн: он довёл до крайности дюгемовский холизм и подорвал опоры логического эмпиризма.

Часть IV. Структурализм: наука о человеке по образцу лингвистики. Читатель может удивиться, зачем в книге о философии науки две главы о языкознании и антропологии. Ответ простой. Логические позитивисты мечтали перестроить науки о человеке по образцу физики. Структуралисты попытались сделать то же самое на другом материале, взяв за образец фонологию. Они искали строгие закономерности в языке, во волшебной сказке, в системах родства, в мифах и даже в основаниях математики. Структурализм — самая смелая попытка века сделать гуманитарное знание точным. Её успехи и её срывы говорят о границе науки не меньше, чем споры физиков.

Часть V. История и общество против логики. Во второй половине века философы стали сравнивать логические схемы с тем, как наука живёт в действительности. Сначала мы посмотрим на науку как на сообщество с собственными нормами (Роберт Мертон). Потом — на наблюдение, которое всегда нагружено теорией. Затем придёт очередь Томаса Куна, его спора с Поппером и Имре Лакатоса, который попытался примирить обоих. Заканчивается часть теми, кто объявил научную рациональность фикцией: Полом Фейерабендом, сильной программой в социологии знания и постструктуралистами.

Часть VI. Итоги века: реальность и граница. Две последние главы возвращаются к двум старейшим вопросам серии. Существует ли то, о чём говорят научные теории? Это спор Хилари Патнэма, Баса ван Фраассена и Лаудана о научном реализме. И можно ли вообще провести границу между наукой и псевдонаукой? Здесь мы разберём надгробную речь Лаудана проблеме демаркации. Так сквозная линия серии, начатая идолами Бэкона, подойдёт к нашему времени.

Авторы, которые начали работать в 1990-е и работают сегодня, и темы, созревшие к концу века, остаются для четвёртого тома. К таким темам относятся байесовская теория подтверждения, структурный реализм и научные войны 1990-х.

Как читать эту книгу

Каждая глава написана так, чтобы её можно было читать отдельно. Она начинается с истории, парадокса или сцены. Дальше идут проблема, которую решал мыслитель, его аргумент по шагам, возражения критиков и то, что из всего этого осталось сегодня. Заканчивается глава итогом и вопросом читателю. Это не контрольный вопрос на память, а приглашение подумать самому.

Книгу можно читать без первых двух томов. Каждого учёного мы представляем заново, даже если он уже появлялся раньше, а нужные сведения напоминаем там, где они понадобятся. Но XX век постоянно спорит с XIX-м. Венский кружок считал себя наследником Маха, Поппер спорил с Миллем, Кун воскрешал идеи Уэвелла, а Куайн — идеи Дюгема. Поэтому в тексте встречаются отсылки к предыдущим томам. Тем, кто их читал, отсылки помогут увидеть непрерывность спора. Те, кто не читал, потеряют немного.

Несколько слов о том, что в книгу не вошло. В XX веке о науке рассуждали многие: феноменологи, экзистенциалисты, религиозные философы, советские авторы учебников диалектического материализма. Мы говорим в основном о тех, для кого наука — главный способ познавать мир и изменять его. Критикам научной рациональности мы даём слово, но меньше места. И стараемся излагать их так, чтобы с ними можно было спорить честно, а не с чучелом. Российские и советские авторы появляются там, где они повлияли на мировую мысль. Таких случаев больше, чем принято думать: от доклада Бориса Гессена о Ньютоне до «Морфологии сказки» Владимира Проппа.

Наконец, о позиции автора. Эта книга написана с позиции науки, и поэтому она внимательна к критикам науки. Науке не нужны адвокаты, замалчивающие её слабости. Ей нужно понимание того, как она устроена, и тогда её сила станет очевидной. Двадцатый век дал для такого понимания больше, чем все предыдущие века вместе. Даже его ошибки оказались плодотворными.

Начнём с логики — и с письма, которое разрушило дело жизни одного из её создателей.

Глава 1. Новая логика: Фреге, Рассел и кризис оснований математики

Письмо от 16 июня 1902 года

Летом 1902 года профессор Иенского университета Готлоб Фреге доводил до конца дело своей жизни. Уже знакомый нам по второму тому немецкий математик и логик, один из создателей современной логики, он в свои пятьдесят три года уже двадцать лет подряд строил одно и то же здание. Он хотел доказать, что вся арифметика выводится из чистой логики — без опыта, без наглядности, без «чистых созерцаний» Канта. Первый том «Основных законов арифметики» вышел в 1893 году и прошёл почти незамеченным. Рецензентов отпугивала странная двумерная символика Фреге, похожая на чертёж железнодорожной развязки. Второй том уже был в печати.

И тут пришло письмо из Англии, датированное 16 июня. Автору, Бертрану Расселу, было тридцать лет. Читатель второго тома знает его как автора притчи о курице, которую изо дня в день кормили, пока однажды не свернули ей шею. В 1902 году этот английский философ и математик, внук премьер-министра и будущий лорд, был одним из немногих людей в мире, кто внимательно прочёл Фреге. Письмо было вежливым, даже восторженным. Рассел писал, что согласен с Фреге почти во всём. А потом на нескольких строчках изложил рассуждение, из которого следовало: один из исходных законов Фреге ведёт к противоречию. В логической системе противоречие — не недостаток, а катастрофа: из него выводится что угодно, и система перестаёт отличать истину от лжи.

Фреге ответил через шесть дней, 22 июня. Он не стал отрицать, тянуть время или искать ошибку у Рассела. Он написал, что открытие расстроило его чрезвычайно, что земля уходит из-под ног, на которую он собирался поставить арифметику. И тут же добавил, что открытие Рассела весьма замечательно и, возможно, приведёт к большому прогрессу в логике. Второй том вышел в 1903 году с послесловием. В нём Фреге сам изложил парадокс, сам признал, что основание его постройки пошатнулось, и попытался наскоро его исправить. Послесловие начинается словами о том, что для учёного едва ли что-то может быть нежеланнее, чем обнаружить, что основание его здания расшатано уже после завершения работы. Исправление не сработало. В последние годы жизни Фреге признал, что его попытка вывести арифметику из логики не удалась.

Шестьдесят лет спустя, в 1962 году, девяностолетний Рассел отвечал историку логики Жану ван Хейенорту, собиравшему классические документы истории логики. Он написал, что, думая о поступках, полных честности и благородства, он не знает ничего, что можно было бы сравнить с преданностью Фреге истине. Фреге понимал, что труд его жизни рушится. Но вместо того чтобы спасать свою репутацию, он стал разбираться в логике ошибки.

Запомним эту сцену: в ней сжато почти всё, о чём будет спорить философия науки XX века. Теорию нельзя окончательно доказать, но можно опровергнуть одним контрпримером. Признать опровержение способен лишь тот, кто ценит истину выше собственной теории. А крах одной постройки нередко становится началом другой, более прочной. Сравним это с тем, как ведёт себя потомственный целитель, чей пациент не выздоровел. Виноваты будут неверие пациента, дурная энергетика квартиры, неблагоприятное расположение планет — что угодно, кроме самого метода. Письма от Рассела целители не боятся, потому что их постройки с самого начала на проверку не рассчитаны.

Глава о том, как рухнуло здание Фреге и что на его месте выросло. А выросла новая логика, которая стала главным инструментом философии науки на полвека вперёд. И философская программа Рассела, из которой вырос логический позитивизм.

На чём держится математика

Зачем вообще понадобилось строить фундамент под арифметику? Каждый школьник знает, что дважды два — четыре, и никакие философские потрясения этого не изменят. Так и есть. Но вопрос был не в том, верно ли, что дважды два — четыре, а в том, почему мы в этом так уверены. Математика всегда служила философам образцом достоверного знания. С неё начинали пифагорейцы и Платон, ради неё Декарт искал несомненный метод. Если не понять, на чём держится математика, нельзя понять и того, на чём держится физика, записанная на её языке.

К середине XIX века на этот вопрос было два главных ответа.

Первый дал Кант, и мы разбирали его в первом томе. Математические истины, по Канту, синтетические априори. Они не вытекают из самих понятий, как «все холостяки неженаты», и поэтому расширяют наше знание. Но они и не взяты из опыта: они опираются на формы нашего созерцания, пространство и время. Арифметика при этом опирается на созерцание времени, на последовательный счёт, а геометрия — на созерцание пространства. Отсюда и их достоверность: мир, каким он нам дан, не может им противоречить.

Второй ответ дал Джон Стюарт Милль, и о нём мы говорили в третьей главе второго тома. Никакого априори не существует. Числа — обобщения опыта с вещами, а законы арифметики — самые надёжные из индуктивных истин. Их подтверждали столько раз и ни разу не опровергли, что сомневаться в них неразумно. Два камешка и два камешка всегда давали четыре камешка, вот и всё обоснование.

Оба ответа к концу века расшатались. Канта подкосили неевклидовы геометрии (второй том, глава 5). Если геометрий много и все они непротиворечивы, то наглядное созерцание не может быть судьёй. Математики сделали из этого вывод: наглядности доверять нельзя, всё надо доказывать. Они начали перестраивать анализ без опоры на геометрическую интуицию. При этом обнаружилось, что интуиция нередко лжёт: нашлись непрерывные функции, график которых ни в одной точке не имеет касательной. Нарисовать такой график нельзя, а существование его доказано.

Против Милля восстала сама математическая практика. Математики доказывают теоремы о числах с миллиардом знаков, которые никто никогда не считал на камешках. Они говорят о нуле, отрицательных числах и корне из минус единицы, а всё это в опыте с вещами дано быть не может. И главное: ни один математик не станет проверять теорему опытом и ни один не откажется от неё, если его камешки вдруг сложатся иначе. Он решит, что один камешек закатился под стол.