Читать онлайн Радость науки. Важнейшие основы рационального мышления бесплатно

Jim Al-Khalili

The Joy of Science

Печатается с разрешения Princeton University Press и Synopsis Literary Agency

All rights reserved

© 2022 by Jim Al-Khalili

© М. А. Леонович, перевод, 2022

© Оформление. ООО «Издательство АСТ», 2023

Джим Аль-Халили предлагает нам квинтэссенцию науки. Его книга исполнена радости, вдохновения и настоящей мудрости.

Элис Робертс, британский анатом, антрополог и палеопатолог, популяризатор науки, профессор Бирмингемского университета

Джим Аль-Халили красноречиво напоминает нам, почему так важно прославлять науку. Эта прекрасная маленькая книга послужит надежным проводником в злополучную эпоху постправды.

Сабина Хоссенфельдер, физик и автор книги «Затерянные в математике»

«Радость науки» приоткрывает завесу над сущностью науки и вносит ясность в то, как именно она работает. Я настоятельно рекомендую книгу Аль-Халили всем – как ученым, так и широкому кругу читателей, стремящимся мыслить более научно.

С. Джеймс Гейтс-младший, соавтор книги «Доказательство правоты Эйнштейна»

В эпоху политики постправды, когда ложная информация и теории заговора наводняют социальные сети и ставят под угрозу жизни людей, книга Аль-Халили терпеливо, мягко и человечно пытается исправить положение. «Радость науки» – это призыв к более рациональному и проницательному отношению к тому, что мы переживаем в жизни. Аль-Халили пишет, руководствуясь уважением к опыту и критическим суждениям, а также состраданием.

Филип Болл, автор книг «За гранью странного» и «Любопытство»

Джим Аль-Халили по праву считается видным популяризатором науки. В своей книге он раскрывает природу и обозначает пределы наших научных знаний, подчеркивая, как научное мышление способно помочь нам в повседневной жизни. Его мудрые наставления особенно актуальны сейчас, когда, несмотря на триумфы науки, общественный дискурс больше, чем когда-либо, искажен фальшивыми новостями и теориями заговора. Все мы были бы более достойными гражданами, если бы приняли его послание близко к сердцу – эта книга заслуживает широкой популярности.

Мартин Рис, автор книги «О будущем»

Наука есть способ мышления и познания мира, и в этой увлекательной книге Аль-Халили утверждает, что все мы должны мыслить более научно. Изысканно описывая сложности научных концепций и идей, он обнажает наши предубеждения и развеивает распространенные мифы и ложные представления о том, как устроены мир и наука. Его чрезвычайно занимательная книга полезна всем нам, особенно в этот период глобальной пандемии и климатического кризиса, когда эффективные решения невозможны без более глубокого понимания того, чем наука является, а чем – нет.

Сара-Джейн Блейкмор, автор книги «Изобретение самих себя»

Это красивая, простая и легкочитаемая маленькая книга, содержащая много важных слов о том, как и почему мы занимаемся наукой. Я рекомендую ее всем, кто в эти сумасшедшие времена хочет понять смысл и ценность следования науке.

Дэниел М. Альтманн, Имперский колледж Лондона

Эта содержательная и проницательная книга предлагает читателям массу забавных и своевременных идей в доступной форме.

Шон Кэрролл, автор книги «Нечто глубоко скрытое»

Последний шедевр Джима Аль-Халили отлично передает, насколько глубока, сокровенна и уникальна наша связь с наукой. «Радость науки» пробуждает научное мышление, глубоко коренящееся во всех нас, и раскрывает не только суть методов науки, но и то, как достичь просветления, испробовав их.

Клаудия де Рам, Имперский колледж Лондона

Своевременное и вдохновляющее произведение Аль-Халили позволяет всем нам испытать «радость» науки.

Хелен Пирсон, главный редактор журнала Nature

Предисловие

В середине 1980-х годов, будучи юным студентом, я прочел книгу английского физика Эвана Дж. Сквайерса «Признать чудо». Она была посвящена новейшим (на тот момент) идеям в фундаментальной физике и до сих пор, почти четыре десятилетия спустя, стоит у меня на полке. Хотя некоторые материалы в этой книге уже устарели, мне всегда нравилось ее название. В то время я размышлял о карьере физика, и возможность «познать чудеса» физического мира по-настоящему вдохновила меня посвятить жизнь науке.

Есть много причин, по которым люди преследуют свои интересы в той или иной области. В науке некоторым нравится забираться в кратер вулкана, наблюдать за гнездящимися птицами с края утеса или смотреть в телескопы или микроскопы, чтобы увидеть миры, неподвластные нашим органам чувств. Некоторые проводят хитроумные эксперименты на своих лабораторных столах, чтобы раскрыть секреты, таящиеся внутри звезд, или строят гигантские подземные ускорители частиц, чтобы исследовать строительные блоки материи. Некоторые изучают гены микробов, чтобы разрабатывать лекарства и вакцины, защищающие нас от них. Другие в совершенстве овладевают математикой и строчат страницы за страницами абстрактных, но красивых алгебраических уравнений или пишут тысячи строк кода, инструктирующих суперкомпьютеры моделировать погоду на Земле, эволюцию галактик или даже биологические процессы внутри наших тел. Наука – это огромная сфера, и куда ни глянь, всюду вдохновение, страсть и трепет.

Но известное выражение о красоте в глазах смотрящего применимо как к науке, так и к нашей жизни в целом. То, что мы считаем увлекательным или прекрасным, в высшей степени субъективно. Ученые, как никто другой, знают, что новые предметы и новые способы мышления могут обескураживать. Когда вы еще не знакомы должным образом с предметом, он может казаться совершенно неприступным. Однако мое мнение в связи с этим таково: если постараться, то почти всегда можно лучше понять идею или концепцию, которые когда-то могли считаться непостижимыми. Нужно просто держать глаза и разум открытыми и потратить время на то, чтобы все обдумать и усвоить информацию – не обязательно на экспертном уровне, но ровно настолько, чтобы понять желаемое.

Возьмем в качестве примера простое и распространенное явление из мира природы: радугу[1]. Как мы все охотно готовы признать, в радугах есть нечто чарующее. Ослабнет ли их магия, если я при помощи науки расскажу вам, как они формируются? Поэт Китс утверждал, что Ньютон «уничтожил всю поэзию радуги, разложив ее на призматические цвета». На мой взгляд, наука отнюдь не «разрушает ее поэзию», а только усиливает наше понимание красоты природы. Посудите сами.

Диаграмма радуги

Для возникновения радуги необходимы две составляющие: солнечный свет и дождь. Но наука, объясняющая, как они сочетаются, создавая цветовую дугу, которую мы видим во влажном небе, так же прекрасна, как и само это зрелище. Радуга состоит из разложенного солнечного света, который достигает наших глаз после того, как солнечные лучи попадают на миллиард дождевых капель. Когда солнечные лучи попадают в каждую каплю воды, все многочисленные цвета, из которых состоит солнечный свет, слегка замедляются, перемещаясь с разной скоростью, искривляясь и отделяясь друг от друга в процессе, называемом рефракцией[2]. Затем они отражаются от обратной стороны капель, возвращаются и проходят через их переднюю часть в разных точках, преломляясь при этом во второй раз и разлетаясь веером цветов радуги. Если мы измерим углы между солнечным лучом и разноцветными лучами, которые выходят из завесы дождевых капель перед нами, то обнаружим, что они варьируются от 40 градусов для фиолетового света, который подвергается наибольшему преломлению и поэтому образует самый внутренний цвет радуги, до 42 градусов для красного света, который подвергается наименьшему воздействию и образует внешний обод радуги (см. рисунок выше)[3].

Еще удивительнее, что эта дуга расщепленного солнечного света на самом деле является лишь верхней частью круга – изогнутой поверхностью воображаемого конуса, лежащего на боку, вершина которого находится в наших глазах. И поскольку мы стоим на земле, то видим только верхнюю половину конуса. Но если бы мы поднялись в небо, то увидели бы всю радугу как полную окружность.

Прикоснуться к радуге невозможно. У нее нет субстанции; она не существует ни в какой конкретной части неба. Радуга – это неосязаемое взаимодействие между миром природы и нашими глазами и мозгом. Более того, нет двух людей, которые видят одну и ту же радугу. То, что мы видим, образовано лучами света, попавшими именно в наши глаза. Итак, каждый из нас воспринимает собственную уникальную радугу, созданную природой для нас и только для нас. И это, на мой взгляд, как раз и есть то, что может дать нам научный подход: более богатое, глубокое – и более личное – понимание мира; которого у нас никогда бы не было без науки.

Радуга – это нечто гораздо большее, чем просто красивая цветная дуга, точно так же, как наука – это гораздо больше, чем неопровержимые факты и уроки критического мышления. Наука помогает нам глубже видеть мир, обогащает нас, просвещает. Я надеюсь, что эта книга откроет вам мир света и красок, истины и глубокой красоты – мир, который никогда не померкнет, пока мы все держим глаза и разум открытыми и делимся друг с другом тем, что знаем. Чем пристальнее мы смотрим, тем больше видим и тем больше удивляемся. Я надеюсь, что вы присоединитесь ко мне в признании чуда – радости науки.

Введение

Сейчас, когда я пишу эту книгу, весной 2021 года, пока все мы продолжаем страдать от последствий пандемии Covid-19, наблюдается сейсмический сдвиг в отношении людей к науке: к ее роли и ценности для общества, к тому, как проводятся научные исследования и проверяются их результаты, и даже к тому, как ученые ведут себя и сообщают о своих открытиях и достижениях. Если коротко, то нынешние катастрофические и трагические обстоятельства привлекают к науке и ученым гораздо более пристальное внимание, чем когда-либо прежде. Естественно, необходимость в кратчайшие сроки изучить вирус SARS-CoV-2 и найти способ победить его подчеркивает тот факт, что человечество не способно выжить без науки.

Хотя всегда найдутся те, кто боится науки и относится к ней с подозрением, я вижу, что подавляющее большинство населения мира вновь высоко ценит научный метод и доверяет ему, поскольку все больше людей понимают, что судьба человечества не столько находится в руках политиков, экономистов или религиозных лидеров, сколько зависит от знаний о мире, которые мы получаем с помощью науки. Ученые тоже начинают понимать, что недостаточно держать результаты исследований при себе. Мы также должны приложить усилия, чтобы как можно более честно и прозрачно объяснить, как мы работаем, какие вопросы мы задаем и чему мы научились, и показать миру, как наши недавно обретенные знания можно использовать наилучшим образом. Сегодня жизнь населения всего мира зависит в прямом смысле слова от тысяч вирусологов, генетиков, иммунологов, эпидемиологов, специалистов по математическому моделированию, поведенческих психологов и ученых в области санитарно-эпидемиологического благополучия, вместе старающихся победить смертоносный микроскопический организм. Однако успех этой научной инициативы также зависит от готовности людей принимать (как коллективно, так и индивидуально) обоснованные решения для себя, а также для своих близких и общества в целом – решения, которые бы эффективно использовали знания, полученные учеными.

Продолжающийся успех науки – будь то в решении серьезнейших проблем, стоящих перед человечеством в двадцать первом веке, таких как пандемии, изменение климата, искоренение болезней и нищеты, или в создании удивительных технологий, отправке миссий на Марс и развитии искусственного интеллекта, или просто в том, чтобы помочь нам узнать больше о себе и своем месте во Вселенной – все это зависит от отношений открытости и сотрудничества между учеными и всеми остальными. Это возможно лишь в том случае, если политики отступят от слишком распространенных в настоящее время взглядов изоляционизма и национализма. Covid-19 не признает национальных границ, культур, расы или религии. То же самое касается любой крупной проблемы, стоящей перед нами как видом. Поэтому решение таких проблем, как и сами научные исследования, должно быть коллективным, совместным предприятием.

Между тем почти восьми миллиардам жителей планеты по-прежнему приходится ориентироваться в своей повседневной жизни, принимать решения и осуществлять их, нередко блуждая в густом тумане сбивающей с толку информации… и дезинформации. Как же тогда нам сделать шаг назад и увидеть мир и самих себя более объективно? Как нам разобраться во всей этой сложности и улучшить положение друг друга?

Правда в том, что в сложности нет ничего нового. Ложная информация и путаница не новость. Огромные пробелы в наших знаниях тоже не новость. Наш мир – пугающий, сбивающий с толку, временами даже ошеломляющий. Конечно, все это не должно быть для нас новостью. На самом деле, наука построена именно на этой предпосылке; люди придумали научный метод как раз для того, чтобы справиться с трудностями осмысления запутанного и сложного космоса. В нашей повседневной жизни все мы – как ученые, так и не-ученые – сталкиваемся с миром, переполненным информацией, постоянно напоминающей нам о нашем собственном невежестве. Что мы можем с этим поделать? И вообще, почему мы должны что-то с этим делать?

Эта книга – краткое универсальное руководство по тому, как мыслить и жить немного более научно. Прежде чем читать дальше, не помешает спросить себя: хочу ли я узнать о мире, какой он есть на самом деле? Хочу ли я принимать решения, основываясь на этих знаниях? Хочу ли я облегчить страх перед неизвестным, смягчив его чувством надежды, возможности и даже предвкушения? Если вы испытываете соблазн ответить «да» на любой из вышеперечисленных вопросов и даже если (или, осмелюсь сказать, особенно если) вы еще не знаете, как вы к этому относитесь, то, возможно, эта книга вам поможет.

Как ученый-практик я не претендую на обладание некой глубокой мудростью и конечно надеюсь, что в тоне моей книги нет даже намека на превосходство или снисходительность. Моя цель – просто объяснить, как научное мышление способно предложить вам некоторый контроль над сложной и противоречивой информацией, которой вас бомбардирует мир. Эта книга не содержит уроков по нравственной философии или списка жизненных навыков и психотерапевтических техник, которые помогли бы вам почувствовать себя счастливее или лучше контролировать свою жизнь. Мой посыл исходит из самой сути того, чем является наука и как ею занимаются: это проверенный подход, который хорошо служит человечеству в наших многовековых стремлениях познать мир. Однако, если взглянуть глубже, то причина, по которой этот подход так хорошо служит нам, заключается в том, что он был создан, чтобы помочь таким людям, как вы и я, разобраться в сложностях или устранить пробелы в наших знаниях, а также в целом вооружить нас уверенностью и лучшим ви́дением перспективы, когда мы сталкиваемся с неизвестным. Поскольку наша наука столь хорошо, долго и успешно служит человечеству, то, я думаю, стоит поделиться с вами научным образом мышления.

Прежде чем изложить свои доводы в пользу более научного мышления, мне нужно кое-что сказать о том, как мыслят сами ученые. Ученые так же погружены в реальный мир, как и все остальные, и существуют общие для всех ученых способы мышления, которым каждый может следовать, сталкиваясь с неизвестным и принимая решения в повседневной жизни. Эта книга о том, как поделиться этими способами мышления со всеми. Они всегда предназначались для всех, но в какой-то момент об этом факте, похоже, забыли.

Вопреки мнению многих людей, наука – это не набор фактов о мире. Последнее называется знанием. Скорее, наука – это способ мышления и осмысления мира, который затем может привести к новым знаниям. Конечно, существует множество путей к знаниям и прозрениям, будь то через искусство, поэзию и литературу, религиозные тексты, философские дебаты или созерцание и рефлексию. Тем не менее, если вы хотите узнать о том, каков мир на самом деле (то, что физики вроде меня иногда называют истинной природой реальности), тогда у науки есть большое преимущество, поскольку она опирается на научный метод.

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