Роль случая в научном открытии

Принцип преемственности,

Или как возможны научные открытия

Профессия ученого предполагает, что он должен вносить в науку нечто новое, – то, чего не делал до него никто. Но еще в школе учителя настойчиво внушают ученикам: чтобы обогатить науку новым знанием, надо сначала овладеть уже имеющимися в ней знаниями. И любой аспирант знает, что в диссертации, прежде чем излагать собственные исследования, обязательно требуется осветить результаты проведенных ранее исследований, затрагивающих диссертационную тему. Новое научное знание создается на основе предшествующего – эта очевидная истина составляет существо принципа преемственности в науке.

Но как ученый способен искать новое знание? Как возможно создать то, чего нет? Уже древние греки обсуждали возникающие парадоксы. Если ученый знает, что ищет, то это не новое, а если не знает, то чтò же он ищет? Этот парадокс характеризует и процесс научения. Под научением обычно понимается процесс повышения эффективности деятельности в результате упражнения, т.е. многократного повторения одних и тех же действий. Если человек умеет делать то, чему научается, ему незачем учиться. А если не умеет, то чему и как может научиться в результате повторения?

Вслед за М.А.Розовым [21, с. 218-221] будем различать незнание и неведение. Незнание характеризуется тем, что оно в некотором смысле есть знание, а именно – знание о том, что мы нечто не знаем. Предполагается, что нам известно, что это нечто существует или, по крайней мере, может существовать, и нашей задачей является узнать какие-то пока еще неизвестные его характеристики (в том числе, может быть, и вероятность его существования). Неведение – это полное, абсолютное незнание о чем-то. Оно касается объекта, о котором мы совершенно ничего не знаем и даже не подозреваем, что такой объект может существовать. При незнании мы знаем сам факт нашего незнания. При неведении же нам и факт нашего незнания неизвестен, т.е. не известно даже то, что у нас о некотором предмете нет никаких сведений. Иначе говоря: в случае незнания мы знаем, что мы чего-то не знаем; а в случае неведения мы даже этого не знаем. Так, средневековым медикам были неизвестны лекарства против холеры и чумы: это было незнание, поскольку они предполагали, что такие лекарства все же могут быть. А о рентгеноскопии они не ведали – находились в полном неведении о рентгеновских лучах и соответствующей медицинской технике. Во времена Менделеева ученые не знали точного атомного веса урана (но знали, что у него есть определенный атомный вес). А его радиоактивность была им неведома. В психологии область неведомого обычно связана с неосознаваемой переработкой информации. Психологам, например, были неведомы процессы сбережения в памяти и процессы вытеснения, пока их не обнаружили соответственно Г. Эббингауз и З. Фрейд. Изучение же осознаваемых процессов чаще всего связано с исследованием неизвестного. Например, когда выясняют отношение данной группы испытуемых к какому-либо интересующему исследователей явлению, то заведомо предполагается и то, что это отношение пока неизвестно, и то, что оно существует.

В науке на каждом этапе есть проблемы, которые ученые ставят, формулируют, обсуждают, но решения которых им неизвестны. Проблемы известны, а их решения неизвестны. Круг таких проблем – это область незнания, или область неизвестного. Предметом научного исследования всегда является нечто неизвестное. Этим неизвестным может быть объект, его сущность и свойства, его отношения с другими объектами, и пр. Ученые знают, что они исследуют и какой результат хотят получить. В науке идет целенаправленный поиск ответов на вопросы, содержание которых обусловлено ранее добытыми знаниями.

А вот неведомые проблемы не могут ставиться, формулироваться и обсуждаться. О том, что они существуют, станет известно в будущем, на каком-то новом этапе развития науки. Поэтому неведомое не может быть сделано предметом научного исследования. Целенаправленный поиск неведомого невозможен. Ибо неизвестно, что искать и исследовать. Как же ученый проникает в неведомое?

Роль случая в научном открытии

Самая простая идея, вдохновившая, тем не менее, многих философов и методологов науки, предполагает: неведомое может быть открыто только случайно, как неожиданный побочный продукт исследовательской деятельности, направленной на поиск неизвестного. Ученый ищет одно, а находит нечто совсем другое – ищет неизвестное, а находит неведомое. Искомого результата он не достигает, зато вместо него получает результат, которого он не искал. Как говорил герой А.С. Грибоедова, «шел в комнату, попал в другую»... Этот подход хорошо согласуется с позицией бихевиористов. У бихевиористов даже научение происходит случайно: приобретение новых алгоритмов деятельности происходит путем упражнения, многократного повторения. Однако новые алгоритмы не могут появляться, если мы без каких-либо изменений воспроизводим старые. (Отсюда знаменитая формула Н.А. Бернштейна: упражнение – это повторение без повторения). Бихевиористы нашли такой путь решения: в процессе повторения возникают случайные изменения, удачные изменения закрепляются, а деятельность в итоге постепенно совершенствуется. (Конечно, такой подход строго логически невозможен: закрепление не может приводить к совершенствованию, т.е. к изменению [3], но здесь мы это обсуждать не будем). Вполне последовательно великий бихевиорист Б. Скиннер переносит эту идею на научное познание и возводит случай и везение в ранг методологического основания любого открытия (см. [5]).

Казалось бы, история науки это подтверждает. Она насыщена примерами случайных открытий. Некоторые открытия вообще произошли как бы «сами собой», без всякого участия людей, которым просто повезло увидеть его результат. Так, три тысячи лет назад была открыта технология создания сурика (яркокрасной краски). На корабле, который привез в Афины для художника Никия бочку белил, произошел пожар. Когда его потушили, расстроенный Никий посмотрел на обгорелую бочку и заметил в золе вместо белил какое-то красное вещество. Это вещество (оксид свинца), получившее имя сурика, до сих пор получают путем нагрева белил. А вот открытие, сделанное, можно сказать, не человеческим умом, а лапами кошки. Она спрыгнул с плеча химика Куртуа, когда тот сел в своей лаборатории перекусить, и разбила пару стоявших на полу бутылок, где находились суспензия золы водорослей и серная кислота. Жидкости смешались, и поднялись клубы сине-фиолетового пара, которые оседали на окружающих предметах в виде мельчайших черно-фиолетовых кристалликов. Это был неизвестный еще тогда химический элемент – йод. Научные открытия делались иногда людьми, далекими от науки и мало сведущими в ней. Фосфор открыл в 1669 г. простой солдат Хенниг Бранд. Не имея никакого медицинского образования, он объявил себя врачом. Узнав, что некоторые алхимики считают возможным получить золото из человеческой мочи, где будто бы содержится «первичная материя», он собрал в солдатских казармах несколько бочек мочи. Путем выпаривания он получил из нее некую субстанцию, которую долго прокаливал. И с удивлением обнаружил, что у него образовался светящийся порошок. Он назвал этот порошок «фосфором» (по-латински «светоносцем»). Бранд долгое время безуспешно пытался превратить фосфор в золото, но, в конце концов, нашел способ это сделать: он стал фосфор продавать, причем дороже золота.

Случай помогает и великим ученым. Рентген, уходя из лаборатории, забыл выключить аппарат перед тем, как накрыть его футляром. А когда он уже у двери оглянулся, чтобы проверить, все ли в порядке, внезапно заметил, что бариевый экран перед аппаратом светится. Домой он в этот вечер так и не пришел... А. Беккерель положил завернутую в черную бумагу фотопластинку в ящик стола рядом с образцом урана. Потом с ужасом обнаружил, что фотопластинка засвечена. Так им была открыта радиоактивность. А. Флеминг взращивает ценную бактериальную культуру. В нее случайно попадает плесень, и эта культура погибает. Ага, решает Флеминг, плесень (грязь) обладает лечебными свойствами, – и открывает пенициллин.

Все основные открытия в области изучения условных рефлексов тоже были сделаны как бы случайно. И.П. Павлов, изучая слюноотделение в процессе пищеварения, внезапно обнаружил, что слюна у собак начинает выделяться уже на предупреждающий звонок о принятии пищи – так был открыт классический условный рефлекс. А.А. Ухтомский, вырабатывая этот рефлекс у одной из собак, вдруг обнаружил, что эта уже хорошо обученная собака внезапно перестала реагировать на условные сигналы. Оказалось, она подготовилась к акту дефекации. После выполнения этого акта она снова стала отвечать на сигналы привычным способом. Так был открыт принцип доминанты. В лаборатории П.К. Анохина внезапно закончился мясосухарный порошок, который использовался для подкрепления при выработке условных рефлексов. Собаке в кормушку положили более вкусную пищу – мясо. Сделав то, что от нее требовалось, собака засовывает нос в кормушку и неожиданно отворачивается. Ага, она оказывается предвосхищала, что в кормушке будет порошок! Так был открыт принцип опережающего отражения. Б. Скиннер разработал специальный ящик, в который помещал крыс и голубей. Если они в результате беспорядочных проб нажимали на педаль (или клевали кнопку), то получали подкрепление. Выяснилось, что животные научаются все чаще и чаще повторять подкрепляемое действие. Но вдруг – к естественному неудовольствию исследователя – его ящик сломался. И тут Скиннер внезапно обнаружил типичную кривую угасания классического условного рефлекса. Так выяснилось принципиальное родство двух типов рефлексов: классического и оперантного.

Сходные мысли о влиянии случая на возникновение творческих идей типичны и для художников. Напомним хрестоматийное ахматовское: «Когда б вы знали, из какого сора растут стихи, не ведая стыда». Любой случай, даже отвратительныйсамый непрезентабельный, может способствовать творческому откровению!

И все же, когда выдающийся врач и ученый Ш. Николь заявил, что научные открытия происходят только благодаря случаю, Ж. Адамар задал естественный вопрос: почему же тогда свои открытия в медицине сделал доктор Николь, а не какая-нибудь из его санитарок? [1, c. 23]. «Случай помогает лишь умам, подготовленным к открытиям путем усидчивых занятий и упорных трудов», – как бы отвечает на этот вопрос Луи Пастер. Тем самым утверждается: случай приходит на помощь лишь к тому, кто готов им воспользоваться. Здесь имеет место эффект, подобный тому, который был обнаружен в экспериментах Я.А.Пономарева: подсказка помогает решить сложную задачу, только если она дается после того, как человек над этой задачей достаточно поработал. Случай выступает в роли такой подсказки при решении научной проблемы, но помогает, только если исследователь своим предшествующим опытом работы подготовлен к восприятию этой подсказки. Это понимают и художники. Широко известна фраза П.И. Чайковского: «Вдохновение – редкая гостья. Она не любит посещать ленивых».

Научные руководители справедливо говорят своим аспирантам: хорошие идеи приходят в голову только во время работы. Иначе не бывает. Иначе можно уподобиться воспетому А.П.Чеховым автору «письма к ученому соседу», который «много произвел открытий своим собственным умом, таких открытий, каких еще ни один реформатор не изобретал», например: «Отчего зимою день короткий, а ночь длинная, а летом наоборот? День зимою оттого короткий, что подобно всем прочим предметам видимым и невидимым от холода сжимается и оттого, что солнце рано заходит, а ночь от возжения светильников и фонарей расширяется, ибо согревается». Для научных открытий необходима интенсивная работа мысли. Э. Резерфорд как-то заметил поздним вечером свет в лаборатории. Там он увидел молодого сотрудника. «Что Вы здесь делаете?», – спросил Резерфорд. «Работаю с утра до вечера», – ответил молодой человек, обрадовавшись, что мэтр может заметить его трудолюбие. «А когда же Вы тогда думаете?» – удивился Резерфорд.

Да и не так уж «случайны» открытия, если известны, по крайней мере, 264 зафиксированных случая повторных открытий, из них 179 делались различными авторами дважды, 51 – трижды, 17 – четырежды, 6 – пять раз и 8 – шесть раз [22, p. 364-365]. Причем интервал между одинаковыми открытиями разных авторов нередко был меньше одного года.